Simulação de dinâmica molecular de vapor de água?

Estou tentando fazer MD com vapor de água. Como eu sei, existem alguns modelos de água para água líquida, como SPC, SPC / E, TIP3P, mas eles também se aplicam ao estado de vapor da água? E qual é a diferença de simulações de água líquida e de vapor?

Certamente, é verdade que a maioria dos modelos de água padrão é "sintonizada" de acordo com as propriedades da fase líquida - eles devem, afinal, ser usados ​​como modelos para água em massa , em vez de modelar propriedades interfaciais.

Dito isto, você pode usar esses modelos de fase líquida para simular o equilíbrio vapor-líquido, desde que esteja disposto a conviver com as inadequações substanciais associadas a eles. Alguns anos atrás, estudei a tensão superficial de modelos de água comuns (link arXiv) e constatei que nenhum deles apresentava tensões superficiais superiores a 62 mN / m (o valor experimental é mais próximo de 72 mN / m). Mesmo o melhor modelo de água atualmente disponível no mercado, o modelo TIP4P / 2005, fornece apenas valores de aproximadamente 65 mN / m (de acordo com as simulações Gromacs, NAMD e LAMMPS).

A principal coisa a lembrar sobre as fases de vapor é que, a baixas temperaturas, existem muito poucas moléculas de água na fase de vapor, uma vez que a densidade é muito baixa. Isso significa que você precisará ter um sistema grande ou um longo tempo de amostragem para obter estatísticas suficientes para cálculos precisos.

Geralmente, você deve escolher o campo de força que reproduza com maior precisão a quantidade de maior interesse para você (constante dielétrica, momento dipolar, tensão superficial, etc.). Este é um excelente guia para todos os diferentes modelos de água e seus respectivos pontos fortes e fracos.

Existem várias dúzias de modelos de água diferentes por aí, e todos sugam de uma maneira especial; então, eventualmente, você só precisa fechar os olhos e escolher um. Minha experiência é que a maioria dos não especialistas acaba usando o padrão defacto, ou seja, o TIP3P / TIP4P, que provavelmente é adequado para a maioria das aplicações.

Quanto à diferença na precisão dos campos de força nas fases gasosa e líquida, uma das fraquezas de todos os campos de força MM é que eles são muito sensíveis ao contexto. Um campo de força que seja preciso para a fase gasosa será sempre menos preciso para a fase líquida e vice-versa. Alguns recursos do campo de força, como a polarização, permitem algum grau de resposta dinâmica às mudanças no contexto molecular, mas mesmo assim nunca haverá um campo de força MM que tenha precisão química em duas fases. Eu acho que a maioria dos simuladores aprende a conviver com um certo nível desses tipos de imprecisões.

Se você deseja uma simulação multifásica muito precisa, precisará realmente começar a estudar os métodos quânticos .