Сравнение простых потенциальных функций для моделирования жидкой воды

Проведены классические монтекарловские симуляции жидкой воды в ансамбле NPT при 25 °C и 1 атм с использованием шести простых межмолекулярных потенциальных функций для димера воды: Bernal–Fowler (BF), SPC, ST2, TIPS2, TIP3P и TIP4P. Проведено сравнение с экспериментальными термодинамическими и структурными данными, включая результаты нейтронного дифракционного анализа Thiessen и Narten. Вычисленные плотности и потенциальные энергии в целом согласуются с экспериментом, за исключением оригинальной модели BF, которая даёт завышение плотности на 18% и даёт плохие структурные результаты. Потенциалы TIPS2 и TIP4P обеспечивают функции частичных структур кислород–кислород в хорошем соответствии с данными нейтронной дифракции. Согласие с экспериментальными функциями частичных структур OH и HH хуже; однако вычисленные результаты для этих функций схожи для всех потенциальных функций, поэтому расхождение может быть вызвано поправочными терминами, применяемыми при обработке нейтронных данных, или эффектом, который повсеместно не учитывается в расчётах. Приведены также сравнения коэффициентов само diffusion, полученных из молекулярно-динамических симуляций. В целом модели SPC, ST2, TIPS2 и TIP4P дают разумные структурные и термодинамические описания жидкой воды и должны быть полезны при моделировании водных растворов. Простота функций SPC, TIPS2 и TIP4P также привлекательна с вычислительной точки зрения.