Simulación de dinámica molecular del vapor de agua?

8

Estoy tratando de hacer MD en vapor de agua. Como sé, existen algunos modelos de agua para agua líquida, como SPC, SPC / E, TIP3P, pero ¿se aplicarán también al estado de vapor del agua? ¿Y cuál es la diferencia de las simulaciones de agua líquida y vapor?

molecular-dynamics

— dofine
fuente

Hola dofine Bienvenido a Scicomp! :) Déjame ver si entiendo tu pregunta correctamente. ¿Está buscando un modelo MD por

en varias fases al mismo tiempo, o sólo uno que da cuenta de que en una fase gaseosa?

H_{2} O

$H_2O$

— Paul

@Paul Gracias por tu comentario. Creo que estoy buscando un modelo que se adapte al agua en múltiples fases, o al menos, fase líquida y gaseosa simultáneamente. Porque estoy tratando de simular la coexistencia de vapor líquido. Aunque muchos documentos han discutido sobre este tema, todavía me siento desconcertado por cómo tratan el modelo (por ejemplo, SPC / E) en fase gaseosa. ¿No es el modelo original solo apto para la fase líquida?

— dofine

6

Ciertamente, es cierto que la mayoría de los modelos estándar de agua están "ajustados" de acuerdo con las propiedades de la fase líquida; después de todo, están destinados a ser utilizados como modelos para agua a granel , en lugar de modelar propiedades interfaciales.

Dicho esto, puede usar estos modelos de fase líquida para simular el equilibrio vapor-líquido, siempre que esté dispuesto a vivir con las deficiencias sustanciales asociadas con ellos. Hace unos años, hice un estudio de la tensión superficial de los modelos comunes de agua (enlace arXiv) , y descubrí que ninguno de ellos daba tensiones superficiales superiores a 62 mN / m (el valor experimental está más cerca de 72 mN / m). Incluso el mejor modelo de agua actualmente disponible, el modelo TIP4P / 2005, solo proporciona valores de aproximadamente 65 mN / m (según las simulaciones Gromacs, NAMD y LAMMPS).

Lo principal a recordar acerca de las fases de vapor es que a bajas temperaturas, hay muy pocas moléculas de agua en la fase de vapor, ya que la densidad es muy baja. Eso significa que necesitará tener un sistema grande o un tiempo de muestreo largo para obtener suficientes estadísticas para cálculos precisos.

— aeismail
fuente

2

Los métodos de muestreo avanzados como el muestreo general o la metadinámica también pueden ser útiles para obtener datos sobre eventos raros o transiciones de mayor energía.

— Aesin

3

En general, debe elegir el campo de fuerza que reproduzca con mayor precisión la cantidad de mayor interés para usted (constante dieléctrica, momento dipolar, tensión superficial, etc.). Esta es una excelente guía para todos los diferentes modelos de agua y sus respectivas fortalezas y debilidades.

Hay varias docenas de modelos de agua diferentes, y todos apestan de su propia manera especial, por lo que eventualmente solo tienes que cerrar los ojos y elegir uno. Mi experiencia es que la mayoría de los no expertos terminan usando el estándar de facto, es decir, TIP3P / TIP4P, que probablemente sea adecuado para la mayoría de las aplicaciones.

En cuanto a la diferencia en la precisión de los campos de fuerza en las fases de gas versus líquido, una de las debilidades de todos los campos de fuerza MM es que son muy sensibles al contexto. Un campo de fuerza que sea preciso para la fase gaseosa siempre será menos preciso para la fase líquida, y viceversa. Algunas características del campo de fuerza, como la polarización, permiten cierto grado de respuesta dinámica a los cambios en el contexto molecular, pero aun así nunca habrá un campo de fuerza MM que tenga una precisión química cercana en dos fases. Creo que la mayoría de los simuladores aprenden a vivir con un cierto nivel de este tipo de imprecisiones.

Si desea una simulación multifase muy precisa, realmente tendrá que comenzar a buscar métodos cuánticos .

— tel
fuente

1

Por otra parte, incluso encontrar un quantummétodo (por ejemplo, DFT funcional) que funcione bien para todas las fases del agua es un desafío.

— Toon Verstraelen

2

@Toon Verstraelen Querido dulce Jesús, un desafío sangriento imposible, y seguro. Estoy comenzando un doctorado en biofísica en el otoño en gran parte porque quiero encontrar formas precisas para simular proteínas enteras , y el hecho de que las simulaciones más precisas y computacionalmente costosas ni siquiera pueden obtener agua corriente, sin embargo, me deprime sin fin .

— tel