Molekulardynamische Simulation von Wasserdampf?

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Ich versuche MD mit Wasserdampf zu machen. Wie ich weiß, gibt es einige Wassermodelle für flüssiges Wasser, wie SPC, SPC / E, TIP3P, aber gelten sie auch für den Dampfzustand von Wasser? Und was ist der Unterschied zwischen Simulationen von flüssigem und dampfförmigem Wasser?

molecular-dynamics

— dofine
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Hallo Dofine. Willkommen bei Scicomp! :) Lass mich sehen, ob ich deine Frage richtig verstehe. Suchen Sie ein MD-Modell für

in mehreren Phasen gleichzeitig oder nur eines, das dies in einer Gasphase erklärt?

H_{2} O

$H_2O$

— Paul

@ Paul Danke für deinen Kommentar. Ich denke, ich suche ein Modell, das Wasser in mehreren Phasen oder zumindest in flüssiger und gasförmiger Phase gleichzeitig passt. Weil ich versuche, die Koexistenz von Flüssigkeit und Dampf zu simulieren. Obwohl viele Artikel über dieses Thema diskutiert haben, bin ich immer noch verwirrt darüber, wie sie das Modell (z. B. SPC / E) in der Gasphase behandeln. Ist das Originalmodell nicht nur für die Flüssigphase geeignet?

— Dofine

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Es ist sicherlich richtig , dass die meisten der Standard - Wassermodelle „abgestimmt“ entsprechend den Eigenschaften der flüssigen Phase-sie bestimmt sind, nach allem, als Modelle verwendet wird für Bulk - Wasser, anstatt Grenzflächeneigenschaften zu modellieren.

Sie können diese Flüssigphasenmodelle jedoch verwenden, um das Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht zu simulieren, solange Sie bereit sind, mit den damit verbundenen erheblichen Unzulänglichkeiten zu leben. Vor einigen Jahren habe ich die Oberflächenspannung gängiger Wassermodelle (arXiv link) untersucht und festgestellt, dass keines von ihnen Oberflächenspannungen von mehr als 62 mN / m ergab (der experimentelle Wert liegt näher bei 72 mN / m). Selbst das derzeit beste Wassermodell, das TIP4P / 2005-Modell, liefert nur Werte von ungefähr 65 mN / m (gemäß Gromacs-, NAMD- und LAMMPS-Simulationen).

Das Wichtigste an den Dampfphasen ist, dass sich bei niedrigen Temperaturen nur sehr wenige Wassermoleküle in der Dampfphase befinden, da die Dichte so gering ist. Das bedeutet, dass Sie entweder ein großes System oder eine lange Abtastzeit benötigen, um genügend Statistiken für genaue Berechnungen zu erhalten.

— aeismail
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Fortgeschrittene Probenahmemethoden wie Regenschirmprobenahme oder Metadynamik können ebenfalls hilfreich sein, um Daten zu seltenen Ereignissen oder Übergängen höherer Energie zu erhalten.

— Aesin

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Im Allgemeinen sollten Sie das Kraftfeld auswählen, das die für Sie größte Menge (Dielektrizitätskonstante, Dipolmoment, Oberflächenspannung usw.) am genauesten wiedergibt. Dies ist ein ausgezeichneter Leitfaden für alle verschiedenen Wassermodelle und ihre jeweiligen Stärken und Schwächen.

Es gibt mehrere Dutzend verschiedene Wassermodelle, die alle auf ihre eigene Art saugen. Schließlich müssen Sie nur noch die Augen schließen und eines auswählen. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die meisten Nicht-Experten nur den Defacto-Standard verwenden, dh TIP3P / TIP4P, was für die meisten Anwendungen wahrscheinlich in Ordnung ist.

Was den Unterschied betrifft, wie genau Kraftfelder in Gas- und Flüssigphasen sind, besteht eine der Schwächen aller MM-Kraftfelder darin, dass sie sehr kontextsensitiv sind. Ein Kraftfeld, das für die Gasphase genau ist, ist für die Flüssigphase immer weniger genau und umgekehrt. Einige Kraftfeldmerkmale, wie z. B. die Polarisation, ermöglichen ein gewisses Maß an dynamischer Reaktion auf Änderungen im molekularen Kontext. Trotzdem wird es niemals ein MM-Kraftfeld geben, das über zwei Phasen hinweg annähernd chemische Genauigkeit aufweist. Ich denke, dass die meisten Simulatoren lernen, mit einem bestimmten Grad dieser Art von Ungenauigkeiten zu leben.

Wenn Sie eine sehr genaue Mehrphasensimulation wünschen, müssen Sie sich wirklich mit den Quantenmethoden befassen.

— tel
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quantumAndererseits ist es eine Herausforderung , eine Methode (z. B. DFT-Funktion) zu finden, die für alle Wasserphasen gut funktioniert.

— Toon Verstraelen

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@Toon Verstraelen Lieber süßer Jesus, eine verdammt unmögliche Herausforderung, und das auf jeden Fall. Ich beginne im Herbst eine Doktorarbeit in Biophysik, zum großen Teil, weil ich genaue Wege finden möchte, um ganze Proteine zu simulieren , und die Tatsache, dass die genauesten und rechenintensivsten Simulationen nicht einmal klares Wasser richtig machen können, bedrückt mich bis zum Äußersten .

— Tel.