۵۲۵.۰

۶۲۵.۵

۵۹۵.۰

۶۲۵.۵

q(O(

−۰.۸۰

−۰.۸۲

−۰.۸۳۴

−۰.۸۴۷۶

q(H(

+۰.۴۰

+۰.۴۱

+۰.۴۱۷

+۰.۴۲۳۸

مدل TIP3P از میدان نیروی چارم (CHARMM) بهره می گیرد. در این مدل هیدروژن نیز همانند اکسیژن دارای پارامترهای لنارد-جونز است [۴۲].
مدل دیگری که سه نقطه ای و دارای انعطاف در تغییر زاویه و طول پیوند است، SPCانعطاف پذیر نام دارد. همین مدل با تغییر در پارامترها بصورت صلب نیز در می آید که این مدل از آب در بسته دینامیک ملکولی LAMMPS پشتیبانی می شود. مدل دیگری که گسترش یافته همین مدل است بنام SPC/E است که بجز بارهای جزیی که تغییر کرده اند بقیه پارامترها ثابت مانده اند.
(شکل۲-۲۷):مدلSPC انعطاف پذیر
مدل دیگری که در لمپس پشتیبانی می شود و در آن قابل شبیه سازی است، TIP4P است که اساسا ۴ نقطه ای است. بدین معنی ۴ محل برای برهمکنش با سایر مولکول ها دارد. از این چهار نقطه، سه نقطه آن روی اتم ها قرار دارد و نقطه ی چهارم هم روی نیمساز زاویه هیدروژن-اکسیژن-هیدروژن و در فاصله کمی از اکسیژن قرار دارد. خصوصیت های آب نظیر چگالی، گرمای تبخیر از گذشته مورد توجه بوده است. با توجه به این خصوصیت ها مدل های جدید پایه ریزی شده اند.

فصل سوم:
دینامیک مولکولی
۳-۱-مقدمه
دینامیک مولکولی چیست؟دینامیک ملکولی یکی از روش های محاسباتی است که در این روش برهمکنش میان اتم‌ها و مولکول‌ها در بازه‌هایی از زمان بر اساس قوانین فیزیک، به‌وسیله کامپیوتر شبیه‌سازی می‌شود. این روش برای اولین بار در سال ۱۹۵۷ توسط آلدر^۱ و واینرایت^۲برمبنای مدل کره سخت به کار گرفته شد. درسال ۱۹۶۴ رحمان^۳مدل کره نرم را در شبیه‌سازی خود به کار برد. از وی به عنوان پدر دینامیک مولکولی یاد می‌شود. دینامیک مولکولی شکلی از شبیه سازی کامپیوتری است که در آن اتم ها و مولکول ها اجازه دارند برای یک دوره از زمان تحت قوانین شناخته شده فیزیک باهم برهم کنش کنند و چشم اندازی از حرکت اتم ها بدهند. از آنجائیکه سیستم های مولکولی عموماً شامل تعداد زیادی از ذرات هستند امکان پذیر نیست که ویژگی های سیستم های پیچیده را بطور تحلیلی بدست آوریم. شبیه سازی دینامیک مولکولی این مساله را با بکار بردن روش محاسباتی حل می‌کند [۴۳].
۱.Alder
۲.Wainwright 3.Rahma-Aness
این روش یک واسطه بین تجربیات آزمایشگاهی و نظریه ایجاد می‌کند و به عنوان یک آزمایش مجازی در نظر گرفته می‌شود.دینامیک مولکولی روابط بین ساختار و مولکولها، حرکت و توابع مولکول ها مولکول هاو توابع مولکولی را بررسی می‌کند. دینامیک مولکولی یک روش منظم چندگانه‌است. قوانین و نظریه‌های آن از ریاضیات، فیزیک و شیمی بدست می‌آید و الگوریتم‌هایی را از علم رایانه و نظریه اطلاعات بکار می‌برد. دینامیک مولکولی ابتدا در فیزیک نظری در دهه ۱۹۵۰ استفاده شد. اما امروزه بیشتر در علم مواد و زیست مولکول بکار می‌رود. قبل از اینکه امکان شبیه سازی دینامیک مولکولی با رایانه‌ها بوجود بیاید عده‌ای کار سخت آزمایش کردن آن بوسیله مدل های فیزیکی مانند کره‌های ماکروسکوپیک را متعهد شدند. ایده این بود که آنها را مرتب کنند تا ویژگی های مایع را تکرار کند. آقای برنال در سال ۱۹۶۲ گفت من تعدادی از توپ های پلاستیکی در نظر می‌گیرم و آنها را با میله‌هایی در محدوده طول ۷۵/۲ تا ۴ اینچ بهم می‌چسبانم وسعی می‌کنم در اولین محلی که امکانش هست در محل کارم انجام دهم و حدود هر ۵ دقیقه مختل کنم و آن کاری را که قبلا انجام داده‌ام به یاد نیاورم. اما خوشبختانه امروز رایانه‌ها مسیر قیدها را حفظ می‌کنند[۴۴].
از جمله مزایای این روش:
۱- تغییر کمیت های ترمودینامیکی به صورت لحظه ای
۲- دسترسی به جزییات سیستم
۳- کم هزینه بودن از نظر اجرایی
واما برخی از محدودیتهای این روش:
۱- به دست آوردن نتایج نادرست به دلیل معلوم نبودن شکل پتانسیل بین ذره ای
۲-امکان بررسی دینامیک سیستم فقط به اندازه ی چند نانو ثانیه
۳-محدودیت توان محاسباتی
۴-استفاده از مکانیک کلاسیک برای توصیف ذرات
عواملی که قبل از شروع شبیه سازی باید مشخص گردند:
۱- جرم همه ذرات
۲-مکان اولیه همه ذرات
۳-پتانسیل مورد نیاز
۴-معادلات حاکم بر دینامیک سیستم
۵-سرعت ذرات در زمان شبیه سازی در مکانی که مشخص شده است.
حال برای مشخص شدن دینامیک سیستم وقتی که ۵ عامل بالا مشخص شد با بهره گرفتن از قانون دوم نیوتن و حل معادلات حرکت ما می توانیم مکان و سرعت هر ذره را در لحظه های بعدی به دست آوریم. اما در نرم افزارهایی مانند LAMMPS کافی است که ما جرم، مکان و سرعت را داشته باشیم و بعد با مشخص کردن نوع برهمکنش بدون اینکه نیازی به مشخص کردن معادلات باشد دینامیک سیستم در نرم افزار محاسبه می شود[۴۵].
۳-۲-معادلات حرکت
دینامیک مولکولی توصیف کننده تحول تدریجی سیستم با زمان می باشد. به این منظور، انتگرالگیری از معادلات حرکت صورت می گیرد، تا اطلاعات دینامیکی مانند ضرایب نفوذ به دست آیند. معادله حرکت یک سیستم مکانیکی معادله دیفرانسیلی حاکم بر تغییر مکان اجزای سیستم نسبت به زمان است. بنابراین معادله حرکت شامل مشتق زمانی بوده و باید یک معادله دیفرانسیلی باشد. روش های دینامیک مولکولی تحول مولکول ها را بر حسب معادلات لاگرانژ^۱یا هامیلتونی^۲ و عبارتی که به طور مستقیم از معادلات حرکت نیوتنی به دست می آید، توصیف می کنند.
۱.Lagrangian
۲.Hamiltonian
۳-۳-دینامیک نیوتنی
روش شبیه سازی دینامیکی بر مبنای قانون دوم نیوتن یا معادله حرکت: