Химическая энциклопедия - молекулярная динамика

изучает вращательное и поступательное (трансляц.) движение молекул, а также внутримолекулярные движения: колебания атомов и атомных групп, конформац. перестройки, вращения отдельных мол. фрагментов и т. п. Характерные времена этих движений зависят от структуры молекул, их окружения, плотности в-ва, т-ры и др. термодинамич. параметров и изменяются от ~10^-14 с (внутримолекулярные колебания и вращение малых молекул) до 10⁴ с (конформац. перестройки молекул в твердых телах). Амплитуды соответствующих мол. движений малы и, как правило, не превышают 1 нм.

Эксперим. исследование мол. движений проводят с па-мощью ЯМР, ЭПР, оптич. спектроскопии (люминесцентной, ИК, комбинац. рассеяния), методов диэлектрич. и мех. релаксаций, рассеяния нейтронов, рентгеновских лучей и др.; для интерпретации результатов привлекают модельные представления о мол. структуре изучаемого объекта и динамике молекул. Из теоретич. методов в первую очередь используют моделирование мол. структур на ЭВМ-ч и сл е н н ы е э к с п е р и м е н т ы (часто наз. также м а ш и н н ым и или в ы ч и с л и т е л ь н ы м и э к с п е р и м е н т а м и). Такое моделирование основано на определенных физ. гипотезах относительно характера движения частиц в системе, их взаимод. и т. п.; оно позволяет провести детальный анализ динамич. св-в разл. мол. систем, зависимость этих св-в от т-ры и др. термодинамич. параметров и влияния динамики молекул на макроскопич. св-ва в-ва. Одно из существ. достоинств численных экспериментов возможность проверить исходные физ. гипотезы и вычислит. методики, оставаясь в рамках самих этих экспериментов. Совр. ЭВМ позволяют проводить численные эксперименты для систем с относительно небольшим числом Nчастиц (как правило, N = 10²-10³). Поэтому для моделирования изотропных макроскопич. систем часто полагают, что все пространство заполнено тождеств. ячейками с периодич. граничными условиями (напр., кубич. ячейками, когда считаются тождественными противоположные грани). .

В М. д. используют разл. численные эксперименты. Одна группа методов исследует возможности внутрии межмол. движений на основе расчета геом. и энергетич. характеристик молекул в равновесном состоянии (см. Молекулярная механика). В т. наз. м о л е к у л я р н о-д и н а м и ч е с к и х э к сп е р и м е н т а х (МДЭ) непосредственно моделируется мол. движение. Частицы (отдельные атомы, атомные группы, небольшие молекулы) представляются материальными точками; потенциалы межмол. взаимод. задаются в явном виде. При этом обычно используют геом. (жесткие) связи и модельные потенциалы парного взаимод.; иногда применяют и потенциалы многочастичного взаимод., а также рассчитанные квантовомеханически. Для определения траектории частиц используют разл. ур-ния. В т. наз. м е т о д е м о л е к у л я р н о й д и н а м и к и (МД) интегрируют ур-ния движения классич. механики:

где N-число частиц, U-потенц. ф-ция взаимод., t-время,