水蒸气的分子动力学模拟?

计算科学 分子动力学
2021-12-13 10:26:47

我正在尝试对水蒸气进行 MD。据我所知,液态水存在一些水模型,例如 SPC、SPC/E、TIP3P,但它们是否也适用于水的蒸气状态?液体和蒸汽水的模拟有什么区别?

2个回答

确实,大多数标准水模型都根据液相的特性进行了“调整”——毕竟,它们旨在用作散装水的模型,而不是模拟界面特性。

也就是说,您可以使用这些液相模型来模拟汽液平衡,只要您愿意忍受与它们相关的大量不足之处。几年前,我对常见的水模型 (arXiv link)的表面张力进行了研究,发现没有一个模型给出的表面张力高于62 mN/m(实验值接近72 mN/m)。即使是目前最好的水模型,TIP4P/2005 模型,也只能给出大约 65 mN/m 的值(根据 Gromacs、NAMD 和 LAMMPS 模拟)。

关于气相要记住的主要事情是,在低温下,气相中的水分子非常少,因为密度很低。这意味着您需要拥有一个大型系统或较长的采样时间才能获得足够的统计数据以进行准确的计算。

通常,您应该选择最准确地再现您最感兴趣的量(介电常数、偶极矩、表面张力等)的力场。是所有不同水模型及其各自优缺点的极好指南。

那里有几十种不同的水模型,它们都有自己特殊的吸水方式,所以最终你只需要闭上眼睛挑选一个。我的经验是,大多数非专家最终会使用事实上的标准,即 TIP3P/TIP4P,这对于大多数应用程序来说可能还不错。

至于气相和液相中力场的精确度差异,所有 MM 力场的弱点之一是它们对上下文非常敏感。对气相准确的力场对液相总是不太准确,反之亦然。一些力场特征,例如极化,允许对分子环境的变化进行某种程度的动态响应,但即便如此,也永远不会有一个 MM 力场在两相之间具有接近化学精度的任何地方。我认为大多数模拟器都学会了忍受一定程度的这类不准确。

如果你确实想要一个非常精确的多相模拟,你真的必须开始研究量子方法。