Language
Country/Area
No result found
تقويض التقاليد! كيف يمكن للنمذجة الضمنية للمذيبات أن تغير سرعة المحاكاة الجزيئية؟
في مجال الكيمياء الحسابية، تُستخدم نماذج المذيبات غالبًا لحساب سلوك المراحل المذابة. ولا يمكن تطبيق هذه النماذج على محاكاة العمليات البيولوجية والكيميائية والبيئية وحسابها ترموديناميكيًا فحسب، بل توفر أيضًا فهمًا أعمق للتنبؤ بالعمليات الفيزيائية والسلوك. على الرغم من أن نماذج المذيبات المختلفة تم اختبارها على نطاق واسع ويتم مناقشتها باستمرار في الأدبيات العلمية، إلا أن هناك فئتين رئيسيتين من النماذج: النماذج الصريحة والنماذج الضمنية. ستركز هذه المقالة على الكفاءة الحسابية للنماذج الضمنية وتأثيرها المحتمل على المحاكاة الجزيئية.
ما هو نموذج المذيب الضمني؟نموذج المذيب الضمني، والذي يسمى أيضًا نموذج المذيب المتصل، هو نموذج يفترض فيه استبدال جزيئات المذيب بوسط مستقطب متجانس. لا توجد جزيئات مذيبة صريحة تشارك في هذا النهج، وبالتالي لا داعي لأخذ إحداثياتها المحددة بعين الاعتبار. تتمتع النماذج الضمنية بميزة الكفاءة الحسابية ويمكنها، في معظم الحالات، تقديم وصف معقول لسلوك المذيب باستخدام عدد صغير من المعلمات مثل الثابت العازل.
تتضمن المعلمات المهمة الثابت العازل (ε)، الذي يحدد قابلية استقطاب المذيب ويؤثر كذلك على التفاعل بين جزيئات المذيب والمواد المذابة.
عادةً، تقوم الحسابات التي تستخدم نموذج المذيب الضمني بوضع المذاب في حاوية تتكون من وسط مستقطب متجانس، حيث يؤثر توزيع شحنة المذاب على استقطاب الوسط المحيط وبالتالي يحدد جهد التفاعل. ومع ذلك، فإن النماذج الضمنية لها حدودها في التعامل مع التقلبات المحلية في كثافة المذيبات، وخاصة عند النظر إلى الماء كمذيب.
مزايا وتحديات النماذج الضمنية
تعتبر نماذج المذيبات الضمنية اقتصادية من الناحية الحسابية ويمكنها أن توفر بسرعة تنبؤات مماثلة للنتائج التجريبية. تعتبر هذه النماذج مهمة بشكل خاص عند العمل بموارد محدودة. على سبيل المثال، غالبًا ما يتم استخدام نموذج الاستقطاب المستمر المعروف (PCM) في الحسابات القائمة على معادلة بواسون-بولتزمان، وقد تم استنباط العديد من المتغيرات بنجاح.
على الرغم من أن مثل هذه النماذج يمكن أن تقدم تنبؤات عامة، إلا أن دقتها قد تكون موضع شك في ظل ظروف قاسية أو في الأنظمة التي تتطلب درجة عالية من دقة التنبؤ.
كفاءة وقيود النماذج الصريحة
على النقيض من ذلك، تتطلب النماذج الصريحة من الكمبيوتر أن يأخذ في الاعتبار المعلمات والديناميكيات المحددة لكل جزيء مذيب، مما يؤدي غالبًا إلى تكاليف حسابية عالية. وتكمن ميزة هذا النوع من النماذج في قدرتها على التقاط التفاعل المباشر بين المذاب والمذيب، مما يجعلها أقرب إلى الوضع الحقيقي. ومع ذلك، فإن هذه الدقة تأتي في كثير من الأحيان على حساب تكلفة حسابية أعلى.
النموذج الهجين: حل وسطتم تصميم النماذج الهجينة لدمج مزايا النماذج الصريحة والضمنية. نموذج ميكانيكا الكم الهجينة والميكانيكا الجزيئية (QM/MM) هو مثال على طريقة تستخدم نماذج ميكانيكا الكم في الأنظمة المحلية مع استخدام أساليب الميكانيكا الجزيئية لمحاكاة جزيئات الماء المحيطة. يمكن لهذا النهج أن يقلل بشكل فعال من تعقيد الحساب الإجمالي . ينفق.
يظل السؤال المثير للاهتمام هو مدى أداء النماذج الهجينة على المدى الطويل؟ وقد أظهرت الدراسات أن هذا النوع من الطرق يمكن الحصول على نتائج قريبة جدًا من التجارب في أنظمة معينة، ولكن هناك أيضًا شكوك، وخاصة في اختيار عدد جزيئات المذيبات الصريحة المقدمة.
التطور المستقبلي لنماذج المذيبات الضمنية
مع التقدم السريع في الكيمياء الحسابية، فإن تطبيق نماذج المذيبات الضمنية سوف يصبح أكثر انتشارا. سيستمر الجيل الجديد من حقول القوة القابلة للاستقطاب والأساليب المعتمدة على الميكانيكا الإحصائية في التأثير على هذا المجال. وتعتبر مثل هذه النماذج ضرورية لتحسين عمليات المحاكاة، وخاصة في الحوسبة التجارية، سواء لزيادة الكفاءة أو للاستخدام الفعال لموارد الحوسبة ضمن قيود الموارد.ومع ذلك، فإن قدرة النماذج الضمنية على جذب انتباه واهتمام المزيد من العلماء دون التضحية بالدقة أصبحت مسألة تستحق التأمل؟
