Búsqueda · 21 momentos en 12 episodios
Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarmodelos 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 líquidaST2Leonard JonesJuan Carlos GilAmundsenScottNaturalezaSPCSPCETIP 4P 2005AbascalVegaDFTSangDP-SCAN
Modelos de Agua st2 simulación
Con
0:000:301:001:302:002:303:003:35
Juan Carlos Gil introduce el tema de los modelos de agua utilizados en simulaciones, como continuación a su explicación sobre dinámica molecular y simulación.
…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…
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 #9agua 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 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 #15agua 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 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 #2 · Palabras #5simulaciones 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 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 #3 · Palabras #6simulación 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 magnitud…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…
Juan Carlos Gil introduce el tema de los modelos de agua utilizados en simulaciones, como continuación a su explicación sobre dinámica molecular y simulación.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1modelos 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 #19potencial 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 GilPalabras #17modelo tip 4p 2005 estudio aguaestándar de oro modelos clásicos aguatrabajo abascal y vega modelo 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…