Leiden

[Heyoka]

Source : http://www.boinc-af.org/  

Le 4 juin 2006 :
Vendredi dernier, des étudiants diplomés de première année ont terminé avec succès leur projet en utilisant la grille de calcul Leiden Classical.

article original en anglais

Un article de : Lodewijk Gelauff , Rens Götz, Robert van Meer, John van Paridon, Kim Rooimans, Chantal Stoffelsma
Assistant au projet : Dr. M. Somers

Les Buts recherchés


Le but de ce projet est de vérifier la validité du modèle informatique représentant l'écoulement de l'acide chlorhydrique dans de l'eau liquide. Plus spécifiquement nous nous sommes assurés que le modèle tienne compte de la dissociation de l'acide chlorhydrique.

Shéma 1 : Image du modèle informatique

Méthode

Le modèle

Dans cette simulation, nous utilisons une boite cubique de dimensions 18,2 x 18,2 x 18,2 ao . La périodicité du système a été mise en place en accord avec la convention de l'image minimale du système. Le ratio entre l'eau et les molécules de chlorhydrate (HCl)  est de 20 pour 1. Ceci signifie que la concentration dans le modèle est de 2.8 M. Les forces qui font agir les molécules d'eau entre elles ont été calculées selon le modèle de Ferguson.*
Dans ce modèle, la température est gardée constante en utilisant une méthode appelée weak coupling to an external bath. Dans cette méthode, les vecteurs de vitesse des particules de la simulation sont ajustés pour garder la température constante. En ce qui concerne notre simulation, les vecteurs sont ajustés sur une période de 8 picosecondes. Ceci signifie que les propriétés dynamiques des particules dans la simulation n'en ont pas été affectées.

Interactions

Figure 2 : interaction de Bend, Stretch, Coulomb et Lennard-Jones entre les molécules H2O

Il est possible de définir plusieurs types d'interaction entre les molécules, celles présentes dans notre modèle sont définies ci-dessous :
1) intéractions de Coulomb
2) interactions Lennard-Jones (circulaire)
3) interactions de Morse
4) intéractions harmoniques radiales  (0)
5) interactions harmoniques linéaires  (I)    

Figure 3 : Interactions de Morse, Lennard-Jones et Coulomb

 

Les interactions du modèle

Les interactions de Lennard-Jones expliquent la taille des molécules d'eau. Elles se repoussent quand on les rapproche sur des courtes distances, ce qui explique que les structures ne se heurtent pas complètement en raison des interactions électrostatiques. Aux distances intermédiaires les molécules s'attirent.

L'interaction de Morse est un potentiel qui décrit les mêmes sortes d'interactions que le potentiel de Lennard-Jonnes. Les interactions de Morse possèdent cependant un paramètre supplémentaire, c'est à dire que l'interaction de Morse peut être utilisée pour décrire la réalité plus aisément que l'interaction de Lennard-Jones.

Résultats

Après avoir fait tourner plusieurs calculs grâce au modèle, nous avons trouvé les résultats suivant :

1) Les molécules de HCl (chlorhydrate) n'ont pas été dissociée dans le modèle standard.

2) Avec une énergie de dissociation 3.5 fois plus élevée que l'original, le HCl a dissocié.

3) La réduction de la charge négative vers une charge neutre de la molécule Cl (- 0.9 et 0) n'a pas mené à la dissociation. Cependant, la disposition de molécules d'eau autour de la molécule HCl devrait mieux coller à la réalité.

4) Utiliser un plus grand cube d'expérimentation ainsi qu'une concentration inférieure n'a pas d'effet sur la dissociation de la HCl.

5) L'augmentation de la température (350 Kelvin et 400 Kelvin au lieu de 293 Kelvin **) n'a pas eu d'effet apparant sur la dissociation de la HCl

Figure 4: Dissociation de la molécule HCl en Cl- et H3O+

Débat

L'énergie de dissociation utilisée dans le modèle original devra être réduite, parce que nous avons utilisé l'énergie constante de la HCl en tant que gaz au lieu de l'énergie propre de la HCl (aq)

Conclusion

La molécule HCl se dissocie lorsque l'énergie de dissociation de Morse est abaissée. Ceci a été prévu puisque la valeur utilisée dans l'hypothèse de départ était celle d'une HCl à l'état gazeux



* D.M. Ferguson; J. Comp. Chem., Vol 16, No. 4, 501-511, Parameterization and Evaluation of a flexible watermodel

H.J.C Berendsen et al.; J. Chem. Phys. 81 (8), 15 Octobre 1984, Molecular dynamics with coupling to an externel bath

** 350K=77° , 400K=127° , 293K=20°

[Heyoka]

Hier des étudiants en troisième années de chimie ont accompli avec succès une partie de leur mécanique moléculaire grâce aux calculs effectués sur la grille de calcul Leiden Classical. Peut-être que certain d'entre vous ont pu voir l'argon liquide être modélisé par leurs ordinateurs. La tache effectuée par ces étudiants peut être consulté ici (prochainement ces résultats seront également rendus publiques). En outre, à la fin du mois le nouveau processeur dual core xeon em64t devrait être disponibles , ici , aux Pays-Bas. Ceci signifie que notre serveur sera livré, bientôt ! Je vous maintiendrai au courant et vous serez les premiers à savoir si les noeuds sont en service pour que plus d'utilisateurs puissent nous rejoindre.


Pour ceux qui veulent approfondir dans le domaine de la dynamique moléculaire

Page d'origine de cette traduction


Coefficient de la diffusion de l'argon liquide

Le but de cet exercice est de se familiariser avec des simulations de dynamique moléculaire (MD) et d'obtenir une vue d'ensemble sur la façon de calculer des quantités macroscopiques avec des atomes en mouvements. Vous produirez la trajectoire moléculaire dynamique pour deux températures différentes de l'argon liquide, puis les emploierez pour évaluer le coefficient de diffusion.

Cet exercice est basé sur la première simulation de dynamique moléculaire réalisée par A. Rahman ( voire Physical Review, Vol. 136, p. A405, 1964).

Le programme de dynamique moléculaire est accessible sur cette page Web : http://boinc.gorlaeus.net/ (Leiden Classical) où vous pourrez trouver plusieurs liens introduisant aux bases théoriques de la dynamique moléculaire.

Nous avons déjà préparé deux dossiers d'entrée avec des coordonnées cartésiennes pour un système de 729 particules intéragissant avec un potentiel de Lennard-Jones déjà équilibré respectivement à 94 Kelvin et à 294 Kelvin

1. Se familiariser avec le dossier d'initiation

2. À partir de ces deux dossiers d'initiation, vous pouvez faire marcher deux simulations de dynamique molécularire à 94 K et 294 K, respectivement. Les simulations devraient correspondre àenviron 5 picosecondes, avec une étape à delta t=10-14 sec


QUESTIONS

1. L'algorithme de Verlet est employé pour effectuer l'intégration numérique de l'équation des mouvements. Donner une description courte de l'algorithme.

2. Comment pouvez-vous calculer la température (moyenne) dans une simulation de dynamique moléculaire?



Calculer le coefficient de diffusion (D)

La façon la plus académique de la calculer à partir de la dynamique moléculaire est d'utiliser la relation donnée par Einstein :

(delata r²) = 6Dt

La trajectoire, obtenue pour le run de dynamique moléculaire, donne le déplacement moyen élevé au carrée (delta r² ) en fonction du temps t. La tangente d'ajustement linéaire donne le coefficient de diffusion D.


QUESTIONS :

3. Tracer le déplacement moyen élevé au carrée (delta r² ) en fonction du temps t pour les deux températures différentes.

4. Évaluer le coefficient de diffusion en évaluant la pente des courbes

[popolito]

Il y a une petite erreur dans le commentaire de la figure 4 :
Dissociation de la molécule HCI en CI- et H2O- or il s'agit de la dissociation de la molécule HCl en Cl- et H3O+.
Sinon, je ne sais pas si ça a été fait exprès, mais il y a un I à chaque fois au lieu d'un l.
Sinon, géniales les traductions =D

[Heyoka]

voilà c'est corrigé, merci popolito
J'ais plus qu'à corriger aussi l'article sur boinc af

[teo33]

Sans vouloir couper les cheveux en quatre, dans la définition des interactions:la 4: intéraction harmonique radiale et la 5 , elle , est bien linéaire....

[Heyoka]

Sans vouloir couper les cheveux en quatre, dans la définition des interactions:la 4: intéraction harmonique radiale et la 5 , elle , est bien linéaire....

C'est corrigé, est-ce que tu inscrit sur boinc-af, pour que tu puisse corriger les fautes directement dans les articles dès que tu en vois une ?

[teo33]

Honte à moi....inscription  effectuée....