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Modelo TIP 4P 2005 estudio Agua
Con
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Juan Carlos Gil explica su criterio para elegir artículos científicos, destacando la importancia del modelo TIP 4P 2005 en el estudio del agua.
…L, es especialmente prometedor para su identificación; aparece entre menos y más 20 grados a temperaturas muy decentes humanas y pocas miles de atmósferas de presión, perfectamente accesibles a cualquier laboratorio. Y por último, y esto me pasa a menudo, por Eso elijo los artículos, pues una cuestión personal. El modelo TIP 4P 2005, os he dicho que es el campeón entre los modelos clásicos del agua, el estándar de oro, incluso a día de hoy, o al menos hasta ayer, hasta que se hizo este trabajo, era de Abascal y Vega, os mencioné. Pues bien, Abascal es mi director de tesis, José Luis Fernández Abascal, cuando yo acabé la tesis en el año 97, donde hice los polielectrolitos que os he comentado antes, pues JL, como le llamamos, se empecé a interesar por el agua, por su modelización, lo que desembocó en este gran hito en 2005, que es posiblemente el más relevante de su carrera Yo no estuve involucrado directamente, aunque lo seguí muy de cerca, así que de alguna forma me considero una especie de tío segundo del modelo, si queréis, o algo así El caso es que leí este artículo; os lo he dicho antes, salió en mayo, o sea que ya lleva unos meses, y me voló la cabeza, porque yo no conocía este asunto de los potenciales profundos; me voló la cabeza que nuestro querido TIP 4P 2005 podría haberse sido superado. Así que espero hasta ahora para contároslo porque al final de cada año solemos reunirnos JL y sus doctores, entre ellos yo, y así hemos hecho hace poco, y entonces hemos hablado sobre todo esto. Me lo han contado en detalle y me lo han empollado para…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil introduce un nuevo tema sobre los diferentes estados estructurales del agua, mencionando la existencia de agua líquida de baja, alta y muy alta densidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19agua líquida baja densidadpresiones altas en planetas heladossimulaciones de fases del agua…los diagramas de fases más endiablado de cualquier sustancia pura. Estabas sintiendo Francis, vi que tienes una entrada en tu blog, me documenté para esto de noviembre de 2019 que llamaste Francis el complicado diagrama de fases del hielo de agua, y de eso. vamos a hablar. Para empezar, no existe un único agua líquida, sino que hay tres estados estructurales, digamos, llamados de baja densidad, de alta densidad y de muy alta densidad. No nos hemos complicado con esos nombres. Los dos primeros coexisten en condiciones normales, lo que yo llamo condiciones amables, mientras que el tercero aparece a presiones muy altas que podrían darse en el interior de los planetas helados. Más aún, tanto las simulaciones como la teoría apuntan a que el agua podría tener dos fases líquidas, verdaderas. No tres estados, sino verdaderas fases. ¿Qué diferencia hay entre lo ¿Que llamas estados y lo que llamas fases? En una transición de fase hay una discontinuidad brusca de determinadas propiedades y en esto de los estados no es así, pero es más interesante esto de efectivamente que hay o debería haber, no se han detectado…
Juan Carlos Gil interrumpe la conversación para expresar su fascinación por las propiedades inusuales del agua y plantea si los estados líquidos-líquidos pueden existir en entornos cotidianos como los mares.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15agua estados líquidos líquidopresiones en la tierra maresmezcla de fases agua bebida…separados por un punto crítico líquido-líquido. Que mola mucho los puntos críticos son de las tres fases, pues este sería un líquido-líquido. Y seguimos con el lío del agua. El agua puede... Perdona que te interrumpa, es que esto me parece muy fascinante. ¿Puede ocurrir, por ejemplo, en los mares o tiene que ser a presiones que no se dan en la Tierra? El líquido, líquido. Dices: el punto, este está en condiciones normales. O sea, el agua que te bebes del vaso se teoriza que es una mezcla de esas dos fases. Es bastante flipante. Y mucha gente lo está persiguiendo, pero es muy, muy sutil. decía que puedes también congelar, enfriar mucho el agua sin cristalizar y dar lugar a hielos amorfos que, y a nadie le sorprende porque ya lo he dicho varias veces, los hay de baja, media, alta y muy alta densidad. Hay cuatro amorfos y se cree, bueno, se ve…
Juan Carlos Gil resume una conversación con Javier Fernández Panadero sobre la complejidad del estudio de las propiedades del agua, destacando que es un tema inagotable.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8agua especial frase bonitajavier fernández panadero físico divulgadormolécula del agua inagotableestudio propiedades agua vida científicaagua experimentalmente in vitrosimulación por ordenador insílicoparalelismo in vitro en vivo insílico…con cuatro hidrógenos, dos obviamente dentro de su propia molécula, mediante enlaces covalentes, y otros dos de moléculas vecinas con enlaces de hidrógeno, que creo que no lo he mencionado hasta ahora, o ese era mi objetivo para mencionarlo con la explicación En resumen, cuando decimos eso de que el agua es especial, pues no es solo una frase bonita. Hace unas semanas lo hablaba con Javier Fernández Panadero, que es físico, divulgador, cacharrista y amigo. Y lo resumió muy 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 las simulaciones por ordenador son una herramienta clave para estudiar el diagrama de fases del agua, comparándolas con las exploraciones polares de Amundsen y Scott.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #17simulaciones ordenador diagrama fases aguaexploraciones polares amundsen y scottmateria condensada simulacion por ordenador…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…
Juan Carlos Gil continúa explicando la evolución de los modelos utilizados para simular el agua, mencionando el modelo SPC y sus variantes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #2modelos de agua st2 simulaciónmolécula de agua rígida jonescargas tetraédricas en modelos aguamodelo spc para macromoléculastip 4p modelo abascal vegasimulación de agua e hielo rígidoenlaces oxígeno e hidrógeno permanentesautoionización del agua naturalintercambio de hidrógenos entre moléculasdinámica molecular con potencial profundocálculo dft del mapa de potencialtrabajo fundacional sang 2018potencial para el agua dp-scan 2023reproduce propiedades del agua líquida…las configuraciones que le van saliendo en la simulación pues puede calcular esas configuraciones por un DFT chulo, FETEN, e incorporar esos nuevos valores al reentrenar la red e incorporarlo para seguir haciendo la simulación con un potencial refinado. Vale, os he hablado de agua por un poquito y también de simulación, pero todavía necesito introducir otra cosita antes de pasar al artículo, mezclando agua y simulación. ¿Qué modelos de agua se han utilizado para la simulación? Pues el primer modelo moderno se llama ST2 de 1974, una molécula de agua rígida con un centro Leonard Jones y cuatro cargas en disposición tetraédrica; es bastante natural para reproducir la tendencia tetraédrica de las moléculas de agua. En los años 80 llega el modelo SPC, Simple Point Charge, y su variante SPCE, que son muy sencillos, muy simples, muy robustos y todavía a día de hoy se siguen utilizando sobre todo para la envolvente acuosa de macromoléculas, en biología molecular y demás. En 1983 aparece un nuevo modelo llamado TIP 4P; el 4P viene de cuatro points, de cuatro centros de interacción que dio lugar a toda una familia de variantes con cuatro centros, cuyo campeón absoluto es el TIP 4P 2005, publicado por Abascal y Vega en 2005 y que sigue siendo a día de hoy el estándar de oro para simular agua y hielo con modelos rígidos. Pero todos estos modelos tienen una limitación grave y es que obviamente los enlaces, cada oxígeno tiene sus dos hidrógenos apareados de por vida, son sus hidrógenos y esos enlaces no se rompen, no capturan los fenómenos que ocurren en el agua natural como la autoionización, el intercambio de hidrógenos entre moléculas. Por eso la técnica esta de dinámica molecular con potencial profundo, que ignora el hecho de que hay moléculas construidas, simplemente calcula el DFT, el mapa de potencial completo, pues ha tenido mucho éxito precisamente para una sustancia tan paradigmática como el agua. El trabajo fundacional de Sang de 2018 usó precisamente el agua como modelo y lo han refinado varias veces desde entonces, bueno, hasta llegar al potencial para el agua llamado DP-SCAN de 2023 que reproduce de forma muy muy fiel todas las propiedades del agua líquida en un rango amplio de condiciones. Pero, ¿qué pasa con nuestros 22 patitos? ¿Qué pasa con los hielos? ¿Quién nos permite explorar ese vasto paisaje de enlaces de hidrógeno retorcidos bajo presión? Pues es aquí, es este en el contexto en el que aparece el artículo titulado Exploración de las estructuras de los polimorfos del hielo…
Juan Carlos Gil explica cómo se utiliza un potencial específico para calcular el diagrama de fases del agua, mencionando una técnica de integración termodinámica y advirtiendo sobre una complejidad que prefiere no explicar debido a las reacciones del público.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12potencial específico y diagrama fases aguaintegración termodinámica para el aguadft estructuras a temperatura cerodiagrama de fases a temperaturas integradas…de forma abierta, claro, y son dos millones de parámetros de la red neuronal entre pesos y sesgos, pues ahí hay dos millones de numeritos, también publican el código, con lo cual, pues fenomenal, ciencia abierta para seguir acercándonos a la realidad natural. Con ese potencial y utilizando integración termodinámica calculan el diagrama de fases del agua. Aquí hay una sutil cosa pero no me quiero meter porque ya me estáis empezando a mirar raro. La diferencia en el DFT da las estructuras a temperatura cero. Si quieres hacer un diagrama de fases a temperaturas pues tienes que integrar, tienes que ir enchufando la temperatura. Bueno, el caso es que calculan con su potencial profundo, con una precisión, dicen, equivalente, siempre con comillas, pero oye, es que si no sería imposible, pues a la quedaría una DFT de cada punto de ese diagrama de fases. Y lo comparan con el…
Juan Carlos Gil explica su criterio para elegir artículos científicos, destacando la importancia del modelo TIP 4P 2005 en el estudio del agua.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1modelo tip 4p 2005 estudio aguaestándar de oro modelos clásicos aguatrabajo abascal y vega modelo aguajl fernández abascal y el aguapolielectrolitos tesis juan carlos gilmodelo tip4p 2005 josé luis fernándezpotenciales profundos artículo científico mayoinvestigación tip4p 2005 juan carlos gil…L, es especialmente prometedor para su identificación; aparece entre menos y más 20 grados a temperaturas muy decentes humanas y pocas miles de atmósferas de presión, perfectamente accesibles a cualquier laboratorio. Y por último, y esto me pasa a menudo, por Eso elijo los artículos, pues una cuestión personal. El modelo TIP 4P 2005, os he dicho que es el campeón entre los modelos clásicos del agua, el estándar de oro, incluso a día de hoy, o al menos hasta ayer, hasta que se hizo este trabajo, era de Abascal y Vega, os mencioné. Pues bien, Abascal es mi director de tesis, José Luis Fernández Abascal, cuando yo acabé la tesis en el año 97, donde hice los polielectrolitos que os he comentado antes, pues JL, como le llamamos, se empecé a interesar por el agua, por su modelización, lo que desembocó en este gran hito en 2005, que es posiblemente el más relevante de su carrera Yo no estuve involucrado directamente, aunque lo seguí muy de cerca, así que de alguna forma me considero una especie de tío segundo del modelo, si queréis, o algo así El caso es que leí este artículo; os lo he dicho antes, salió en mayo, o sea que ya lleva unos meses, y me voló la cabeza, porque yo no conocía este asunto de los potenciales profundos; me voló la cabeza que nuestro querido TIP 4P 2005 podría haberse sido superado. Así que espero hasta ahora para contároslo porque al final de cada año solemos reunirnos JL y sus doctores, entre ellos yo, y así hemos hecho hace poco, y entonces hemos hablado sobre todo esto. Me lo han contado en detalle y me lo han empollado para…
Borja Tosar interrumpe para aclarar una comparación anterior sobre el estudio del conectoma estructural y cómo los fascículos se comportan como trapos en la Estación Espacial Internacional debido a la tensión superficial.
Habla: Borja TosarPalabras #18fascículos como trapos en estación espacialtensión superficial y fascículos cerebralesestación espacial internacional y tensión…que hacen que el curso nervioso vaya más rápido. Ese agua que va como rodeando los axones va como canalizada en cierta dirección y cuando se difunde, no se difunde digamos en todas direcciones, sino que se difunde preferentemente en ciertas direcciones. Perdona, Borja. No, que me recordaba un poco; no sé si está bien, que se pega a los fascículos, a los hilos, un poco como los trapos en la Estación Espacial Internacional que los estrujan y se queda toda el agua pegada, ese tipo de comportamiento por la tensión superficial. Exactamente, es básicamente la tensión superficial; claro, esto es muy diferente porque esto es un entorno muy cerrado, ¿vale? Estamos hablando de que hay, pero hay mucha agua que se mueve. Entonces, una de las técnicas de resonancia magnética nuclear, recordemos que la resonancia magnética nuclear permite obtener imágenes, básicamente se envían impulsos a ciertas frecuencias que interaccionan con los núcleos de átomos o los átomos que forman…
Francis Villatoro explica cómo utiliza la resonancia magnética de difusión para estudiar la propagación de moléculas de agua y menciona trabajos previos sobre el tema que datan de 2010.
Habla: Francis VillatoroSignificado #14resonancia magnética de difusión moléculas aguapropagación moléculas agua fasetrabajos resonancia magnética 2010francis villatoro estudio difusion…pulso dividida entre una imagen de los ecos del segundo pulso, yo tengo una imagen de cómo ha cambiado la fase, es decir, cómo ha rotado, cómo se ha movido la molécula en un cierto camino. Con lo que yo puedo construir, esto se llama resonancia, imagen por resonancia magnética de difusión, yo estudio cómo se difunde esas moléculas del agua viendo estas variaciones de fase Yo comparto, digamos, tengo una imagen hace muchos años. Esto es una cosa que se lleva haciendo y se lleva estudiando mucho tiempo, más de 30 años. Y hay trabajos muy similares a este artículo, pero claro, mucho más primitivos, publicados ya en el año 2010, estudiando esto que ahora os voy a contar. Entonces, yo tengo, en el 2010, Lo que yo tenía era una imagen de flechitas; yo tengo una imagen de un corte del encéfalo y en cada píxel tengo una flechita que tiene un ángulo y ese es el ángulo, digamos, que yo he estimado de cómo las moléculas de agua, por las moléculas de agua se mide…