Molekulardynamiksimulationen an Wasser

Molekulardynamiksimulationen an Wasser

Oben: Starres Modell eines Waassermoleküls (TIP04P/2005) Mitte: Ensemble von aneinander ausgerichteten Wassermolekülen Unten: Auswertung der Trajektorien einzelner Wassermoleküle als Funktion der Zeit.
Oben: Starres Modell eines Waassermoleküls (TIP04P/2005) Mitte: Ensemble von aneinander ausgerichteten Wassermolekülen Unten: Auswertung der Trajektorien einzelner Wassermoleküle als Funktion der Zeit.

In der Physik wird für gewöhnlich unterschieden zwischen Theorie und Experiment. Jedoch wird damit ein schon länger existierender und immer wichtiger werdender methodischer Bereich vernachlässigt, welcher sich von beiden unterscheidet.

Simulationen sind nicht pure Theorie, da Daten und Messwerte erzeugt werden, die nicht durch analytische Lösungen gefunden werden können. Gleichzeitig sind sie keine echten Experimente, da nur Effekte beobachtet werden können, die zugrunde liegende Modelle erlauben. Diese sind vereinfacht und spiegeln nicht vollständig die wirkliche Natur wider, weshalb quantitativ häufig Abweichungen existieren. Dafür haben Simulationen den großen Vorteil, dass sie detaillierter ausgewertet werden können und experimentell schwer zugängliche Systeme, bzw. Modellsysteme, auch untersucht werden können. Dies erlaubt Theorien auf andere Weise testen zu können.

In diesem Versuch sollen Sie ein paar Eigenschaften von Wasser mithilfe von sogenannten Molekulardynamik-Simulationen (MD-Simulationen) untersuchen und mit experimentellen Daten vergleichen. Das heißt explizit, dass Sie bei Raumtemperatur (295 K) eine Simulation mit purem Wasser aufsetzen und dann aufheizen und abkühlen. Der gesamte Versuch wird also an einem Rechner stattfinden.

Wasser zeigt einige Anomalien, die durch seine spezielle lokale Struktur bedingt sind. Zum einen werden Sie nachvollziehen, wie man sich diese Struktur herleiten kann. Zum anderen können Sie testen, ob unsere Wassersimulation diese Eigenschaften wiederspiegelt. Zuletzt untersuchen wir die Dynamik von Wasser bei Temperaturen unter 0°C und bei erhöhten sowie negativen Drücken.

Literatur

Die Literaturrecherche ist an Hand von den im Skript angeführten Quellen selbstständig durchzuführen.