Informe del TP Computacional N 1

Informe del TP Computacional Nº 1: Dinámica Molecular


Integrantes del grupo: Tadeo Jalil; Nicolás Obregón


Objetivo: Realizar una simulación computacional de un cristal de agua a distintas temperaturas y analizar si el modelo ofrece resultados razonables o no de acuerdo a los datos experimentales que conocemos.
Introducción: Para la realizar la simulación utilizamos el paquete GROMACS, quees un conjunto de programas que nos permiten hacer simulaciones de dinámica molecular y que utilizan el sistema operativo Linux. Además trabajamos con Linux porque es mucho más eficiente que Windows.
Los programas de GROMACS los ejecutamos usando la Línea de Comandos. Esto es, en vez de abrir ventanas, programas, etc. con el mouse, escribimos órdenes en una terminal y la computadora lasinterpreta. Esto hace que gastemos menos recursos y por lo tanto aumentamos la eficiencia.
Desarrollo del TP: utilizamos una carpeta dada por los docentes de la materia, en donde se encontraban los archivos para utilizar.
Lo primero que hicimos fue convertir los archivos PDB en unos que el GROMACS pueda leer (GRO), para esto utilizamos el programa pdb2gmx.Aquí también elegimos el campo de fuerzas autilizar y luego el modelo de agua (SPC/E).
Después de esto, lo que hicimos fue la minimización de la energía. Llevamos el sistema a 0 K para eliminar cualquier exceso de energía que pueda perturbar mi simulación.
Luego hicimos las simulaciones utilizando el programa mdrun. Primero calentamos a 100 K. A continuación calentamos a 273 K. Volvemos a calentar, pero esta vez a 320 K. Por último, enfriamos a273 K. Para cada simulación teníamos que seleccionar el directorio correspondiente para esa temperatura.
La manera de trabajar para las distintas temperaturas fue siempre la misma: Insertamos los datos de entrada en el programa y éste mediante un procesamiento digital nos brindaba los datos de salida, los cuales vamos a utilizar para los pasos siguientes de la simulación.
Cuando finalizamos lassimulaciones, realizamos el análisis de los resultados con el programa g_energy, en donde le damos los datos de las simulaciones y éste nos entrega los valores de Energía Potencial, Energía Cinética, Temperatura y Densidad en función del tiempo para cada temperatura en un archivo .XVG . Con estos datos, lo que hicimos fue pasarlos al Excel y allí realizamos los gráficos que posteriormenteanalizaremos.
Por último, ulitilizando le programa g_rdf calculamos la función de distribución radial para cada temperatura. Abrimos el archivo .XVG con Excel y también graficamos.

Técnica de simulación utilizada:
La técnica de simulación utilizada es Dinámica Molecular. Con esta técnica armamos un mundo digital, modelado, que pretende representar el mundo físico. Le establecemos ciertos parámetros ylanzamos un experimento. Además, le tenemos que establecer las condiciones de contorno al sistema.
La dinámica molecular tiene 2 postulados claves:
1)Es una simulación; no es real.
2)El marco teórico en el que trabajamos es el de la física clásica.
Representamos a los enlaces químicos como un oscilador armónico, es decir, un resorte.
Hay 4 compartamiento a tener en cuenta:
Enlaces que vibranAngulos de enlace
Rotaciones libres entre planos (Diedro)
Los átomos se tienen que mantener en el plano, es decir, no rotan libremente(Diedro Impropio).
Para cada comportamiento hay una fórmula (un Potencial) que lo describe.
Los datos físicos del cristal de hielo que le suministramos al programa, los obtenemos de : las frecuencias de vibración las podemos sacar de un espectro IR y las longuitudes deenlace de una difracción de Rayos X.






Energía Potencial vs Tiempo:
Gráficos:













Análisis de los gráficos “Energía Potencial vs Tiempo”:
Vemos que los valores de E. Potencial en todos los gráficos son negativos. Esto se debe a qué para tener un estado condensado, ya sea líquido o sólido, las fuerzas de atracción entre las partículas deben ser mucho mayor que la energía cinética...