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Tutorial MenueMolecular ModelingLerneinheit 7 von 18

Moleküldynamik - Strategien und Beispiele

Moleküldynamik: Simulationszeiten

Als Beispiel dafür, wie sich die Rechenzeit ändert, wenn man die Starttemperatur einer Moleküldynamik-Simulation erhöht, sei hier die Ringinversion von Cyclohexan angegeben.

Abb.1
Ringinversion von Cyclohexan

Die freie Aktivierungsenthalpie ΔG* dieses Vorgangs beträgt ca. 10.5 kcal/mol. Mit der Gleichung von Eyring kann man die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion berechnen. Da es sich bei der Ringinversion um eine Reaktion erster Ordnung handelt, kann man über die Halbwertszeit die Zeit, bis die erste Inversion stattfindet, abschätzen.

Abb.
Gleichung von Eyring
Abb.
Berechnung der Halbwertszeit

Geht man von einem Pentium II-CPU mit 400 MHz aus, so benötigt man für eine Simulationszeit von 100 ps ca. eine Stunde CPU-Zeit. Aus der Halbwertszeit kann man die CPU-Zeit, die man benötigt, um eine Inversion zu beobachten, berechnen.

Tab.1
Vergleich der Simulationszeiten bei verschiedenen Temperaturen
T = 300 KT = 1000 K
Geschwindigkeitskonstante k [s-1]140.0001,0565 x 1011
Halbwertszeit t½ [s]5 x 10-6 6,5 x 10-12
CPU-Zeit bis zum Auftreten der ersten Inversion5,7 Jahre3,9 min

An den Ergebnissen erkennt man, dass eine Simulation bei höheren Temperaturen die Simulationszeit erheblich verkürzt.

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