Импортируем все необходимое
import npy2cube
import numpy as np
import scipy.special
import scipy.misc
import math
conda install -c schrodinger pymol
import __main__
__main__.pymol_argv = [ 'pymol', '-c' ]
import pymol
pymol.finish_launching()
from pymol import cmd,stored
def w(n,l,m,d):
x,y,z = np.mgrid[-d:d:30j,-d:d:30j,-d:d:30j] # Точки в пространстве распределим
#к сферическим координатам
r = lambda x,y,z: np.sqrt(x**2+y**2+z**2)
theta = lambda x,y,z: np.arccos(z/r(x,y,z))
phi = lambda x,y,z: np.arctan(y/x)
a0 = 1
R = lambda r,n,l: (2*r/n/a0)**l * np.exp(-r/n/a0) * \
scipy.special.genlaguerre(n-l-1,2*l+1)(2*r/n/a0)
WF = lambda r,theta,phi,n,l,m: R(r,n,l) * \
scipy.special.sph_harm(m,l,phi,theta)
absWF = lambda r,theta,phi,n,l,m: np.absolute(WF(r,theta,phi,n,l,m))**2
return WF(r(x,y,z),theta(x,y,z),phi(x,y,z),n,l,m)
# Для каждого набора квантовых чисел подсчитаем орбитали
for n in range(1,4):
for l in range(0,n):
for m in range(-l,l+1,1):
d = 10 * n
step=2*d/(30-1)
grid=w(n, l, m, d)
name='%s_%s_%s' % (n,l,m)
npy2cube.npy2cube(grid, (-d,)*3, (step,)*3, 'cube/'+name+'.cube')
Далее рассчитагнные .cube файлы вручную визуализировала в PyMol
import glob
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.image as mpimg
numbers = ['1-0-0', '2-0-0', '2-1-0', '2-1-1', '2-1--1', '3-0-0', '3-1-0', '3-1-1', '3-1--1', '3-2-0', '3-2-1', '3-2--1', '3-2-2', '3-2--2']
img_paths = [f'cube/{i}.png'for i in numbers]
images = []
for img_path in img_paths:
images.append(mpimg.imread(img_path))
orbitals = ['s1','s2','p2','p2','p2','s3','p3','p3','p3','d3','d3','d3','d3','d3']
f = plt.figure(figsize=(20,10))
columns = 4
for i, image in enumerate(images):
f.add_subplot(len(images) / columns + 1, columns, i + 1)
plt.imshow(image)
plt.xticks([])
plt.yticks([])
plt.title(f'{orbitals[i]}')
plt.show()
Файл для orca
print('''
h.inp:
! UHF SVP XYZFile
%plots
Format Cube
MO("H-1.cube",1,0);
MO("H-2.cube",2,0);
MO("H-3.cube",3,0);
MO("H-4.cube",4,0);
end
* xyz 0 4
H 0 0 0
*
''')
Полученные рассчитанные орбитали визуализируем в PyMol
import glob
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.image as mpimg
numbers = ['H-1', 'H-2', 'H-3', 'H-4']
img_paths = [f'cube/{i}.png' for i in numbers]
images = []
for img_path in img_paths:
images.append(mpimg.imread(img_path))
orbitals = ['s1','s2','p2','p2','p2','s3','p3','p3','p3','d3','d3','d3','d3','d3']
f = plt.figure(figsize=(20,10))
columns = 4
for i, image in enumerate(images):
f.add_subplot(len(images) / columns + 1, columns, i + 1)
plt.imshow(image)
plt.xticks([])
plt.yticks([])
plt.title(f'{orbitals[i]}')
plt.show()
Надо сказать, что орбитали не похожи на реальные ни в случае Orca, ни в случае локального рассчета. Не понимаю почему такая картина - возможно проблема в визуализации PyMol, которую нужнол подкрутить.