Co to jest dynamika molekularna?

Dynamika molekularna to badanie sposobu, w jaki poruszają się atomy i cząsteczki. Bezpośrednia obserwacja tych cząstek nie zawsze jest możliwa, dlatego naukowcy badają dynamikę molekularną za pomocą wzorów matematycznych. Te formuły są zaprogramowane w komputerach, które pozwalają naukowcom symulować ruch różnych atomów i cząsteczek. Chociaż w badaniu dynamiki molekularnej nie stosuje się prawdziwych cząstek. Wyniki symulacji są uważane za dość dokładne.

Badanie dynamiki molekularnej jest rodzajem wirtualnego eksperymentu. Badając zachowanie wirtualnych cząsteczek, naukowcy mogą przewidzieć, jak mogą zachowywać się prawdziwe molekuły. Chociaż nie stosuje się żadnych prawdziwych cząsteczek, wyniki tych symulowanych eksperymentów uważa się za dokładne. Dostosowanie niektórych parametrów w równaniach czyni eksperymenty bardziej precyzyjnymi.

Symulacje dynamiki molekularnej służą do wirtualnych obserwacji ruchu cząstek. W laboratorium nie zawsze jest możliwe lub praktyczne wykonywanie rzeczywistych obserwacji ruchu molekularnego, dlatego zamiast tego zastosowano symulację matematyczną i modelowanie komputerowe. Korzyści z tego rodzaju eksperymentów polegają na tym, że ruch może być obserwowany przez dłuższy czas, że można go obserwować z bliska i że warunki, takie jak ekstremalne ciśnienie lub temperatura, które nie są praktyczne w laboratorium, mogą być symulowane.

Komputery są w stanie wyświetlić wizualną reprezentację ruchu atomów i cząsteczek, rozwiązując równania matematyczne. Równania są oparte na prawach Newtona i mogą dokładnie przewidzieć ruch większości atomów i cząsteczek. Programy symulacyjne wykorzystują równania do reprezentowania sił, które działają na cząsteczki i ruch atomów w przestrzeni trójwymiarowej. Możliwe jest również śledzenie ruchu atomu lub cząsteczki w czasie za pomocą tych wzorów.

Dynamikę molekularną można również wykorzystać do obserwacji związków między atomami i cząsteczkami. Programy symulacyjne śledzą utworzone i zerwane wiązania molekularne i odpowiednio dostosowują równania. Chociaż stosowane równania są oparte na prawach ruchu Newtona, w większości przypadków można je zastosować do ruchu bardzo małych cząstek. Czasami prawa równania ruchu cząstek kwantowych muszą być stosowane w równaniach dynamiki molekularnej, aby poprawnie opisać ruch cząstek.