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.

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, welche die zugrunde liegenden Modelle erlauben. Da die Modelle Vereinfachungen beinhalten und spiegeln sie die Natur nicht vollständig wider, weshalb quantitativ häufig Abweichungen zwischen Modell und Realität existieren. Dafür haben Simulationen die großen Vorteile, dass sie detaillierter ausgewertet werden können und experimentell schwer zugängliche Systeme, bzw. Modellsysteme, ohne großen Aufwand untersucht werden können. Dies erlaubt Simulationen Vorhersagen für schwer realisierbare experimentelle Bedingungen zu treffen.

In diesem Versuch sollen Sie Eigenschaften von Wasser mithilfe von Molekulardynamik-Simulationen (MD-Simulationen) untersuchen und diese mit experimentellen Daten vergleichen. Im Speziellen werden Sie die Molekulardynamik von purem Wasser für Raumtemperatur (295 K), mit leicht erhöhter und verringerter Temperatur simulieren. Der gesamte Versuch wird 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 Ihre Wassersimulationen diese Eigenschaften wiederspiegeln. Zuletzt untersuchen Sie die Dynamik von Wasser bei Temperaturen unter 0°C und bei erhöhten sowie negativen Drücken.

Literatur

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