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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarfuerzas van der waals en simulacionesapellido holandés waals y wallerrata waals como wall graciosomodelo esferas duras y diagrama de fasisrepulsión íntima de nubes de electronesfuerzas de dispersión de van der waalshielo hector en gasolinera o supermercadoRaúlVan der WaalsWallNaturalezaJuan Carlos GilAliciaHéctor SocasLeonard JonesAmundsenScottinteracciones de CoulombAlderWeimrechtsegunda ley de NewtonDinámica Molecular Avinicioteoría del funcional de la densidad DFTAIMDMonte CarloCarrMarkovMetrópolissiglo XX
Fuerzas Van der Waals en simulaciones
Con
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Héctor Socas responde a una pregunta de Raúl sobre si se incluyen las fuerzas de Van der Waals en las simulaciones, comentando una errata en la escritura del apellido 'Waals' y comparándola con la palabra 'wall'.
…por ahí por el super se le ha colado. Pues en principio tampoco, no tiene por qué. Igual que los metales, que es la comparativa que he hecho, pues no son super fluidos. Desde luego la red de oxígenos está rígida y bien rígida. No hay nada super fluido ahí. Hay otra pregunta de Raúl que pregunta: ¿se incluyen las fuerzas de Van der Waals en las simulaciones? Me hace gracia porque Van der Waals se escribe, el Waals con W-A-A-L-S, que es un apellido holandés, pero lo ha escrito, no sé si era cosa del corrector, como Wall, como W-A-L-L, y queda gracioso, ¿no? Eso sí que es fuerte, un muro ahí. El modelo de esferas duras vendría a ser el bundle. Wall, las esferas duras es un modelo clásico; se le ha hecho perrería, se conoce el diagrama de fasis perfectamente y como os decía, son bolas de billar, claro, claro que se tiene en cuenta. El modelo Leonard Jones es un término de repulsión menos 12, correspondiente a la repulsión íntima de las nubes de electrones cuando se acercan mucho y el de atracción, vamos, el que da lugar al pozo, es un R-6 que son las fuerzas de dispersión de Van der Waals, sí, claro. ¿Es mejor el hielo de gasolinera o el de supermercado? Me gusta el comentario de Alicia, Van de bar en bar, Van de bar en bar, qué bueno. Ese es el hielo Héctor, ¿eh? Pues el hielo, hielo es Ojalá yo tuviera esas ocurrencias. Digo, que decía siguiendo con lo de la broma de La gasonera, que el hielo, hielo es, para consumo humano lo interesante es la carga bacteriana y los iones. Ah, aquí siempre me gusta decir: existe la posibilidad de desionizar, de quitarle muchísimos iones al agua, unas técnicas que se llaman de milicú. Ese…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica los dos métodos principales para estudiar la complejidad del agua: experimentalmente 'in vitro' con equipos de laboratorio y mediante simulación por ordenador, denominando esta última 'insílico'.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20agua experimentalmente in vitrosimulación por ordenador insílicoparalelismo in vitro en vivo insílico…bien y me lo apunté porque le dijo: mira, me dijo Juan Carlos, lo del agua es que no te lo acabas. O sea, puedes dedicar una vida científica y no te lo acabas, la mojigata molécula del agua. Vale, ¿cómo estudiamos entonces toda esta panoplia de diversidad? Pues de dos maneras fundamentalmente. In vitro, si me dejáis un poco el chiste, es decir, experimentalmente, ahí con el cacharrito, con el tubo de ensayo, e insílico, que sería mediante simulación por ordenador. Es que me gusta mucho esta expresión de insílico, haciendo un paralelismo a in vitro y en vivo, insílico en el chip, en la olea de silicio En el laboratorio se usan técnicas que permiten determinar cómo se ordenan las moléculas. La principal, con mucha diferencia, es la difracción de neutrones, tanto elástica como cuasi-elástica; pues se ha sido la herramienta fundamental para estudiar el agua y…
Juan Carlos Gil explica que los modelos de simulación del agua son simplificaciones de la realidad, ya que no consideran todas las interacciones complejas presentes en la naturaleza.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #14simulaciones ordenador diagrama fases aguaexploraciones polares amundsen y scottmateria condensada simulacion por ordenadorpotencial de interacción molecularsimulaciones ordenador moléculasinteracción coulomb cargasmodelo leonard jonesenergía potencial configuración molecularsimulación del agua como universo digitalátomos y moléculas siguiendo potencialesfuerzas que marcan los potencialespropiedades estructurales y termodinámicas simuladastécnicas de física estadística aplicadasparametrizar potencial para simulacionestamaño de la bola en simulacionesprofundidad del pozo de potencialcalor de vaporización como magnitudmonte carlo y simulación materia condensadaalgoritmo metrópolis en 1953ideas de markov en monte carlo…se emplean celdas de yunque de diamante. Tanto en su versión estática como una razonablemente reciente, es una celda dinámica que es capaz de comprimir a lo bestia lo que le pongas ahí en microsegundos y está muy bien para estudiar cinéticas rápidas. Pero La herramienta que nos permite convertirnos en los Amundsen y Scott, exploradores del hielo, del hielo en particular y el diagrama de fases del agua en general, bueno pues es la simulación, la simulación por ordenador, que os quiero contar muy rápidamente cómo va esto de la simulación de materia condensada. La idea central es que si conocemos cómo interactúan las moléculas entre sí, podemos hacer que un ordenador pues imite su comportamiento. En la práctica esto requiere definir un potencial de interacción, una función que asigna una energía potencial a cada configuración de las moléculas, Energía que luego ya se intercambiará con cinética u otros grados de libertad, si hay vibración, etc. pues cuando las moléculas se menean Así la simulación explora el paisaje energético del modelo de potencial que estemos considerando En modelos clásicos estos potenciales son bastante simples describen solamente interacciones por pares entre centros de carga o átomos individuales. Estoy hablando de interacción de Coulomb entre cargas, esferas duras, era un modelo que se ha utilizado muchísimo, bolas de billar, Leonard Jones, que es un potencial suave con una repulsión y una atracción por Van der Waals, aunque obviamente la Naturaleza es mucho más compleja que estas esferas duras, ya existen interacciones de múltiples cuerpos, polarización y efectos cuánticos en general. Así que lo que hacemos con la simulación es construir una suerte de universo digital, si queréis, donde los átomos y las moléculas se mueven, chocan y se reorganizan siguiendo las fuerzas estas que marcan los potenciales y a partir de las posiciones y velocidades que vamos obteniendo, pues podemos deducir las propiedades estructurales y termodinámicas de la sustancia simulada pues aplicando técnicas de física estadística. Pero, y esto es lo importante, para que este universo Digital se parezca a nuestros cacharritos en el laboratorio, a la naturaleza real, pues es necesario parametrizar el potencial. Es decir, hay que ajustar sus parámetros: el tamaño de la bola, la profundidad del pozo de potencial para reproducir propiedades experimentales de la sustancia de interés como la densidad, el punto de ebullición o el calor de vaporización, que ha sido una magnitud que se ha utilizado clásicamente muchísimas veces. Bueno, pues eso sería la simulación de forma abstracta, pero a partir de ahí surgen dos grandes corrientes en cuanto a la simulación de materia condensada, Monte Carlo y dinámica molecular La técnica de Monte Carlo nace con las ideas de Markov a principios del siglo XX y se formalizó en 1953 con el famoso, para los que lo conocemos, algoritmo de Metrópolis En Mortecarlo no se simula el movimiento real de las partículas, sino que se explora el espacio De fases del modelo que estemos considerando mediante movimientos aleatorios, es gracioso, de ahí el nombre, de las partículas. Se mueve una partícula al azar y entonces ese movimiento se acepta o no se acepta con una propiedad dada por el factor de Boltzmann…
Juan Carlos Gil explica cómo Héctor Socas le proporcionó la idea para el diseño de la portada del podcast, y continúa detallando los métodos de simulación utilizados en el estudio del agua, específicamente la dinámica molecular.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9simulación dinámica molecular alder weimrechtfuerzas derivadas potencial newtonmovimiento real de las partículassegunda ley de newton aceleraciones…hemos inspirado, ¿verdad Héctor? En el resumen gráfico, en el abstract gráfico del paper, que es muy chulo. Bueno, tú te has inspirado en eso, yo me inspiré en ti, directamente pregunté: Juan Carlos, no tengo ni idea de qué hacer para la portada, ¿qué hago? Y ahí me diste esa idea. Vale, pues en mi larga introducción se había contado las rarezas del agua y que las solemos estudiar por simulación; que había dos formas: Monte Carlo y dinámica molecular, y me quedo en Monte Carlo. La dinámica molecular surge en 1957 con los trabajos pioneros de Alder y Weimrecht. A diferencia del Monte Carlo, esto es la clave de las dos técnicas: en dinámica molecular sí se sigue el movimiento real de las partículas. Primero se calculan las fuerzas derivadas del potencial que estamos considerando; lo conté también durante un ratito, se aplica la segunda ley de Newton para obtener las aceleraciones y se integran las ecuaciones del movimiento con esas aceleraciones con un paso de tiempo pequeñito para ir actualizando posiciones, vibraciones, etcétera, velocidades de todas las partículas. Eso es la dinámica molecular en ocho frases. Bueno, pues en 1985, han pasado 40 años desde las primeras simulaciones de dinámica molecular, Carr y Parrinello dieron un salto enorme a esto de la simulación por ordenador al unir la dinámica molecular con la…
Juan Carlos Gil explica las ventajas de la Dinámica Molecular Avinicio (AIMD) sobre los métodos tradicionales de simulación, destacando su fidelidad cuántica a pesar del alto coste computacional.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #13dinámica molecular avinicio aimdfidelidad cuántica en materia condensadacoste computacional simulación monte carlo…40 años desde las primeras simulaciones de dinámica molecular, Carr y Parrinello dieron un salto enorme a esto de la simulación por ordenador al unir la dinámica molecular con la mecánica cuántica. Crearon lo que se llama Dinámica Molecular Avinicio, A-I. -M-D, donde las fuerzas ya no vienen de un potencial artificial que hay que parametrizar, sino de resolver cuánticamente las nubes de electrones del sistema en cada paso de la simulación En particular, el método este de Cariparrinello usa la teoría del funcional de la densidad DFT, que es uno de los culpables habituales en teoría cuántica Con AIMD podemos, por tanto, simular la materia condensada con fidelidad cuántica, si se quiere, pero con un coste computacional desorbitado Entre mil y cien mil veces más que una simulación equivalente por Monte Carlo o por dinámica molecular Yo empecé la tesis en 1987 y por supuesto en mi grupo conocimos rápidamente los trabajos de Carr y Parrinello Pero su técnica estaba total, absoluta y demencialmente fuera de nuestro alcance En mi tesis hice Monte Carlo de polielectrolitos e iones con unas 500…
Héctor Socas responde a una pregunta de Raúl sobre si se incluyen las fuerzas de Van der Waals en las simulaciones, comentando una errata en la escritura del apellido 'Waals' y comparándola con la palabra 'wall'.
Habla: Héctor SocasSignificado #1 · Palabras #1fuerzas van der waals en simulacionesapellido holandés waals y wallerrata waals como wall graciosomodelo esferas duras y diagrama de fasisrepulsión íntima de nubes de electronesfuerzas de dispersión de van der waalshielo hector en gasolinera o supermercado…por ahí por el super se le ha colado. Pues en principio tampoco, no tiene por qué. Igual que los metales, que es la comparativa que he hecho, pues no son super fluidos. Desde luego la red de oxígenos está rígida y bien rígida. No hay nada super fluido ahí. Hay otra pregunta de Raúl que pregunta: ¿se incluyen las fuerzas de Van der Waals en las simulaciones? Me hace gracia porque Van der Waals se escribe, el Waals con W-A-A-L-S, que es un apellido holandés, pero lo ha escrito, no sé si era cosa del corrector, como Wall, como W-A-L-L, y queda gracioso, ¿no? Eso sí que es fuerte, un muro ahí. El modelo de esferas duras vendría a ser el bundle. Wall, las esferas duras es un modelo clásico; se le ha hecho perrería, se conoce el diagrama de fasis perfectamente y como os decía, son bolas de billar, claro, claro que se tiene en cuenta. El modelo Leonard Jones es un término de repulsión menos 12, correspondiente a la repulsión íntima de las nubes de electrones cuando se acercan mucho y el de atracción, vamos, el que da lugar al pozo, es un R-6 que son las fuerzas de dispersión de Van der Waals, sí, claro. ¿Es mejor el hielo de gasolinera o el de supermercado? Me gusta el comentario de Alicia, Van de bar en bar, Van de bar en bar, qué bueno. Ese es el hielo Héctor, ¿eh? Pues el hielo, hielo es Ojalá yo tuviera esas ocurrencias. Digo, que decía siguiendo con lo de la broma de La gasonera, que el hielo, hielo es, para consumo humano lo interesante es la carga bacteriana y los iones. Ah, aquí siempre me gusta decir: existe la posibilidad de desionizar, de quitarle muchísimos iones al agua, unas técnicas que se llaman de milicú. Ese…