Si profundizamos en el tema de cualquiera de estos, la diferencia en las áreas se vuelve borrosa. Pero intentemos aclarar la distinción en la medida de lo posible.
Las simulaciones de dinámica molecular tratan con la simulación de moléculas individuales de un fluido (gas), donde las moléculas interactúan con algún potencial de interacción [1,2] (esfera dura, modelo Maxwelliano, Leonard Jones, esfera dura variable (VHS)) y colisionan si están en proximidad y cumplir con los criterios impuestos de colisión. El momento y la energía resultantes se evalúan en base a ecuaciones de conservación de momento y energía. Es evidente a partir de la definición de MD que se trata de moléculas individuales donde las colisiones son deterministas y no probabilísticas (a diferencia de DSMC, Direct Simulation Monte Carlo), su aplicabilidad sigue siendo estrecha en los casos en que la densidad del gas es muy pequeña, es decir, tratamos con menos moléculas Para dar una idea aproximada, la sala donde estás sentado ahora y leyendo esta respuesta tiene aproximadamente [matemáticas] 10 ^ 19 [/ matemáticas] moléculas en un [matemáticas] cm ^ 3 [/ matemáticas], por lo que es imposible y tonto use MD para cualquier comprensión de la física en curso. Y un hecho aún más sorprendente es que solo ~ 10% están teniendo colisiones en cualquier momento.
Ahora, ¿dónde entra en escena la modelización de las reacciones químicas?
Para que ocurra cualquier reacción, es necesario que una molécula choque con otra molécula para formar / romper enlaces, lo que lleva a diferentes reacciones. Pero no todas las colisiones conducen a la formación de enlaces o la ruptura de los existentes. Mientras las colisiones no den como resultado la ruptura y formación de estos enlaces, el modelado de las reacciones químicas permanece alejado de la simulación de dinámica molecular. De lo contrario, se hace necesario tener eso en cuenta.
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Tratemos de entenderlo con diferentes ejemplos,
Supongamos que para ciertas aplicaciones de enfriamiento queremos analizar los flujos de gas a través de canales de tamaño, digamos nanómetros. La pequeña geometría del canal permite que menos moléculas lo atraviesen, lo que hace que la aplicación de MD (no tenemos otra opción) sea computacionalmente menos costosa. Por lo tanto, se puede aplicar de forma segura para obtener el campo de flujo (velocidad, temperatura, caída de presión). Ahora, si suponemos que la temperatura no está subiendo mucho, las colisiones no serán capaces de proporcionar energía suficiente para romper los enlaces existentes o para formar uno nuevo (Por supuesto, no estamos hablando de gases químicamente muy reactivos o de superficies de pared que sean catalíticas que mejoren tasas de reacción). Así que aquí usaremos MD, pero las reacciones químicas nunca entrarán en escena.
Ahora, vámonos de la Tierra e intentemos reingresar a una velocidad muy alta, digamos (7Km / s). En este caso, un vehículo que ingresa a la superficie de la Tierra experimentará una enorme cantidad de energía térmica debido a la fricción del aire. Pero el gas en la entrada es muy diluido (la densidad es aproximadamente [matemática] 10 ^ -7 [/ matemática] veces mayor que en su habitación). El número de moléculas todavía es lo suficientemente grande como para tratar con MD, pero digamos que para obtener predicciones precisas empleamos MD, las moléculas con alta energía térmica cuando chocan entre sí, comenzarán a disociarse en átomos. (El oxígeno se disocia a aproximadamente 2000K <T <4000K y Nitrógeno 4000 <T <9000). Y, de hecho, al volver a entrar desde la órbita terrestre baja, la temperatura llega a aproximadamente 11000 K, donde incluso la ionización del gas comienza a ocurrir. MD se une fuertemente con el modelado de reacciones químicas. MD da una serie de colisiones sucediendo. Hay estudios experimentales que dan la probabilidad de una formación de enlace (por ejemplo, la formación de monóxido de carbono a partir del átomo de oxígeno disociado y el carbono de la superficie del vehículo de reentrada) si un átomo colisiona con otro con cierta cantidad de energía. Es un proceso complejo y es un tema de investigación en curso. Pero dependiendo de la energía con la que la molécula golpea la superficie / otro átomo, el potencial de interacción entre ellos junto con las probabilidades de reacción decide si se formará un enlace químico o no.
A su debido tiempo lo actualizaré con muchos más detalles si así lo solicita.
