Trabalho de modelagem e simulação molecular

Páginas: 7 (1667 palavras) Publicado: 22 de maio de 2012
1. INTRODUCAO

A utilização da simulação computacional tem crescido amplamente nos últimos anos, sendo fruto do progresso da indústria de softwares e hardwares, e pelo avanço nas técnicas e algoritmos computacionais. Hoje a modelagem e a simulação são aplicadas em áreas como Química, Física, Biologia, Engenharia de Materiais, Economia, dentre outras. Seu uso tem sido de grande validade,especialmente, na Física do Estado Sólido.
Muitos métodos de simulação foram desenvolvidos para estudo das propriedades dos materiais. Grosso modo é possível dividir as técnicas de simulação aplicadas aos sólidos em quatro grandes grupos. O primeiro grupo caracteriza-se pela presença da observação das propriedades e dos sistemas sob o aspecto quântico, envolvendo métodos com diferentes graus deaproximação desde técnicas “all electrons”, passando por diferentes métodos “ab initio”, até sistemas que tratam apenas elétrons de valência. Geralmente as técnicas que envolvem explicitamente cálculos quânticos conseguem tratar somente sistemas com poucos átomos, ou, em outras palavras, pequenos sistemas.
No segundo grupo encontram-se as técnicas clássicas, que envolvem a minimização da energia totaldo sistema. Inversamente às técnicas do primeiro grupo, estas técnicas consideram o sistema como um conjunto muito grande de partículas clássicas que interagem entre si que obedecem às equações de Newton. Neste grupo estão as técnicas de dinâmica molecular e as de simulação estática. O aspecto principal deste grupo é a escolha dos termos de interação entre as partículas constituintes do sistema,ou seja, a parametrização escolhida para o modelo do sistema. Inúmeros métodos têm sido utilizados para obter um conjunto ideal de parâmetros potenciais de interação. Sua vantagem em relação ao método anterior é que o número de partículas que podem ser tratadas ou as dimensões dos sistemas simulados são mais próximos dos sistemas reais. A desvantagem é que a contribuição eletrônica é ignorada,significando que muitas propriedades não podem ser modeladas de maneira correta.
No terceiro grupo podemos encontrar as técnicas de simulação que envolvem métodos estocásticos, assim como aquelas baseadas nos métodos de Monte Carlo.
Atualmente técnicas de modelagem que envolvem aspectos de dois ou mesmo de três destes grupos tem sido desenvolvidas, formando o quarto grupo. Estas são chamadas detécnicas híbridas. Neste grupo se encontram, por exemplo, técnicas que tratam uma pequena região do material quanticamente, cercada por uma grande região que é tratada classicamente. Esta estratégia é chamada de “cluster embedded calculations”.
Uma das motivações para se trabalhar com a simulação computacional, é que a partir dela é possível prever determinadas propriedades, sendo útil paradirecionar os esforços de produção com a consciência antecipada do fim específico da utilização de um material.
As propriedades dos materiais são determinadas pelos átomos que os compõem e pela forma como eles se arranjam no espaço. As ligações químicas entre os átomos, que são descritas pela Mecânica Quântica e equações matemáticas, são devidas as forcas elétricas entre os elétrons e núcleos queconstituem. Devido ao grande número de átomos, núcleos, elétrons em um material, o uso de um computador com grande capacidade de processamento numérico se faz necessário nesta área para achar soluções aproximadas para as equações matemáticas.
O VMD (Visual Molecular Dynamics), utilizado neste trabalho, é um programa que gera gráficos moleculares. Foi projetado para a visualização e análise de conjuntosmoleculares, utilizado geralmente em biopolímeros específicos, tais como proteínas e ácidos nucleicos. Ele pode exibir simultaneamente inúmeras quantidades de estruturas utilizando uma grande variedade de estilos de processamento e métodos de coloração. As moléculas são exibidas com uma ou mais "representações", em que cada representação incorpora um método de renderização e um esquema de cores...
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