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Introdução

HICOLM é um pacote computacional destinado a realizar cálculos de sistemas condensados através da utilização de técnicas baseadas em modelagem molecular. Atualmente a dinâmica molecular clássica, minimização da energia por algoritmos gradiente descendente e técnicas baseadas em análise de dados vem sendo amplamente empregadas como recursos metodológicos para a obtenção e interpretação de propriedades fisico-químicas. Mais informações podem ser encontradas em doi: 10.22456/2175-2745.92486.

Diretórios

A estrutura do pacote HICOLM baseia-se nos diretórios src, contrib, examples e docs. O diretório src contém os códigos fontes do programa HICOLM. o diretório contrib contém os códigos fontes e scripts para a execução dos programas auxiliares, como scripts de análises estatísticas e produção de gráficos, parâmetros requiridos pelo campo de força AMBER99, cálculo de espectro vibracional e código para a geração do programa hsystem, que possui a finalidade de gerar o arquivo HICOLM.sys, necessário para a execução do programa hicolm. o diretório examples possui exemplos de simulações de alguns sistemas físicos, que podem auxiliar iniciantes no aprendizado das primeiras simulações. O diretório docs contém documentações referentes a funcionalidade e estrutura do programa.

Instalação

O programa HICOLM foi inteiramente desenvolvido e testado na plataforma linux Mint, portanto é sugerido a instalação e execução em ambientes Linux. Para a instalação será necessário executar o script install.sh, que se encontra no diretório raiz do pacote. Portanto digite o comando

./install.sh

ou

sudo ./install.sh

se o usuário optar pela instalação default em ambientes baseados no Linux Debian.

Atenção

• Caso a opção default seja escolhida, o compilador gfortran deverá estar pré-instalado no seu computador. Para os usuários das distribuições linux baseadas no debian, como ubuntu e linux Mint, a instalação do compilador pode ser feita através do gerenciador de pacotes apt-get. Assim, digite o comando

sudo apt install gfortran

• Caso queira utilizar o suporte gráfico ou os recursos de análise estatística fornecida pelo pacote HICOLM, o ambiente R deverá estar pré-instalado (as dicas para a instalação em uma distribuição linux podem ser obtidas em cran.r-project.org). Em seguida execute o script prepare.R, que se encontra no diretório contrib/R.

Estrutura de arquivos

Arquivos de entrada

• Hicolm.in

Contém informações relevantes sobre o sistema físico, parâmetros de dinâmica molecular e campo de força. Praticamente é constituída por três seções distintas e o cabeçalho. Nas seções &STRUCT, &MD e &FORCE o usuário irá definir os parâmetros essenciais para a simulação, onde algumas são obrigatórias e outras opicionais. Caso os parâmetros opcionais forem omitidos, o seu valor default será atribuído no lugar. No cabeçalho o usuário deverá fornecer o cálculo que pretende realizar. Caso queira minimização da energia do sistema utilize a opção @MDPREPARE, caso queira a dinâmica molecular utilize a opção @MDRUNNING. Cada seção inicia-se com o símbolo & e termina com &END. Na seção &STRUCT o usuário fornece os parâmetros referentes ao sistema físico. Abaixo segue um exemplo de como montar o programa HICOLM.in.

 # Choose of the computational procedure
 
 @MDRUNNING or @MDPREPARE

# System information

&STRUCT    
...
&END

# MD parameters

&MD
...
&END

# Optimization parameters

&OPT
...
&END

# Force Field information

&FORCE
...
&END

Atenção

É válido lembrar que a ordem nos quais os parâmetros ou as seções são apresentadas não interferem na sua interpretação, desde que cada parâmetro esteja dentro de sua seção correspondente.

• HICOLM.sys

Contém informações relevantes a respeito do sistema físico, como as coordenadas atômicas e demais informações pertinentes de cada tipo molecular (quantidade de tipos moleculares, quantidade de moléculas, quantidade de sítios de cada molécula, classificação de cada sítio de acordo com o modelo AMBER99 e as cargas parciais, respectivamente),

    1
H2O         100    3
 OW HW HW
-0.8340 0.4170 0.4170
    8      5.29770100     12.22297800     19.92931800
    1      4.72481900     13.03438700     19.81360300
    1      5.30418400     11.42751000     20.53525100
    ...

O arquivo HICOLM.sys é gerado a partir do comando hsystem, que pode ser digitado na área onde será executado a simulação.

Arquivos de saída

• HICOLM.out

Contém informações relevantes sobre a simulação, como o campo de força, quantidade de moléculas, etc.

• HICOLM.md

Contém valores de energia, força, velocidade e posições atômicas e propriedades termodinâmicas a cada ciclo MD.

• HICOLM.df

Contém valores das principais variáveis termodinâmicas em função do tempo de simulação, como o volume, temperatura, pressão e energia, no formato de um dataframe. O arquivo HICOLM.df é útil para a construção de gráficos e análise de dados.

• HICOLM.XSF

Contém os valores de posição, força, velocidade e coordenadas da célula untitária referente ao último ciclo MD. O arquivo se encontra no formato XSF, que pode ser interpretado através de programas de visualização como o XCrysDen;

• HICOLM.AXSF

Contém as coordenadas da posição, força e velocidade de cada átomo e as coodenadas da célula unitária. O arquivo HICOLM.AXSF se encontra no formato AXSF e é perfeito para a construção e visualização de animações e vídeos.

Unidades de medida

Internamente, ao realizar os cálculos o programa trabalha com o sistema de unidades atômicas, no entanto ao definir os valores dos parâmetros de entrada, o usuário deverá estar atento as suas unidades de medida. A tabela abaixo apresenta as unidades de medida dos parâmetros de entrada e a correspondente conversão para o sistema de unidades atômicas. Em relação aos valores de saída, as suas unidades são as mesmas adotadas nos parâmetros de entrada.

Propriedade	Unidade de entrada	Símbolo	Conversão para o SI
Comprimento	Angstrom	Å	10-10 m
Energia	kilocalorias por mol	kcal/mol	1,66x10-21 J
Pressão	Atmosfera	atm	1,01325x105 Pa
Massa	kilograma	kg	kg
Tempo	Picossegundos	ps	10-12 s
Temperatura	Kelvin	K	K
Carga elétrica	Carga elementar	e	1,6x10-19 C
Ângulo	Graus	graus	0,0174533 rad

Iniciando uma simulação

O usuário poderá iniciar uma simulação executando em seu terminal o comando

hicolm

Em seguida os arquivos HICOLM.out, HICOLM.md, HICOLM.df, HICOLM.XSF e HICOLM.AXSF serão gerados automaticamente.

Atenção

Antes de executar o comando hicolm, o usuário deverá fornecer os arquivos HICOLM.in e HICOLM.sys na área de trabalho onde o comando está sendo executado.