Chimie
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Exercice de dynamique moléculaire

Enoncé

Dans cette partie, nous illustrons rapidement le concept de dynamique moléculaire.

Il s'agit de définir un système moléculaire et de simuler ses mouvements à température ambiante (298,15 K). L'objectif, au delà de la visualisation des mouvements moléculaires et inter-moléculaire est d'avoir accès à des grandeurs statistiques. Nous serons alors amenés à visualiser l'évolution de quelques grandeurs sur un tableur (de type excel ou openoffice).

La dynamique moléculaire est illustrée sur un logiciel disponible gratuitement et qui s'installe aisément sur une interface MS Windows. ABALONE est disponible à l'URL suivante : http://www.biomolecular-modeling.com/Abalone/

1/ Nous allons travailler sur un système déjà définit dans le logiciel, ici un petit cluster d'acide cyanhydrique (HCN). Dans « File/Open », choisir le fichier MeCN-5.mlm.

2/ On visualise alors le cluster de 5 molécules de HCN.

3/ Avant d'envisager une simulation de dynamique moléculaire, il est primordial de s'assurer que le système envisagé correspond à une structure d'énergie minimum. Si ca n'est pas le cas le système sera très instable et les équations du mouvement risquent de diverger en raison de forces de répulsion trop fortes.

4/ lancer une optimisation de géométrie du système. On pourra choisir un algorithme de type « steepest descent », avec un champ de force AMBER03 et des paramètres par défaut.

5/ avec ces paramètres par défaut, le gradient n'est pas atteint, mais le système est suffisamment relaxé pour envisager une simulation de dynamique moléculaire.

6/ Dans l'onglet « Compute », on choisit « Dynamics ». On peut régler la température, qu'on garde à 298,15 K pour l'instant. En revanche, on va réduite le pas d'intégration à 2 fs, ce qui est plus proche de la fréquence de Nyqvist pour un système moléculaire à température ambiante.

7/ Avant de lancer la simulation, nous allons préciser les grandeurs pour lesquelles nous souhaitons observer l'évolution. Dans l'onglet « Analyse », choisissez « Monitor ».

Nous allons réaliser une simulation sans solvant (en phase gazeuse), dès lors, il est inutile de regarder l'évolution de la densité. La pression ne sera pas non plus contrôlée. On s'intéressera uniquement à l'évolution de la température, de l'énergie potentielle et de l'énergie totale.

8/ Lancer le calcul et observez le mouvement des molécules. On observe la rotation des groupements méthyle et des interactions privilégiées entre les atomes chargés positivement (les atomes d'hydrogène) et les atomes chargés négativement (les atomes d'azote). Malgré tout, les molécules ont tendance à s'éloigner en raison d'interactions trop faibles en phase gazeuse.

9/ L'évolution des grandeurs cochées plus haut se trouvent dans des fichiers excel, dans le répertoire « Abalone\Report »

Légende :
Apprendre
S'évaluer
S'exercer
Observer
Simuler
Réalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)