El agua puede parecer una cantidad conocida. Existen, sin embargo, todavía aspectos del agua que siguen siendo desconocidos para los científicos. Agua pura, que es agua sin ningún material traza adicional, todavía tiene propiedades complejas que los científicos aún no han entendido completamente. Para desbloquear estas propiedades, los científicos utilizan la teoría funcional de la densidad (DFT), un marco de estructura electrónica, estudiar las fuerzas y la interacción entre las moléculas de agua. Los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) dirigidos por Mirza Galib, Gregory K. Schenter y Christopher J. Mundy probaron un protocolo de simulación DFT ajustado para demostrar que se puede extender para simular propiedades del agua más complejas. Las pruebas resultaron exitosas en la simulación de mediciones de agua de línea base.

El agua es engañosa en su complejidad. El agua pura contiene una red de enlaces de hidrógeno debido a los iones de oxígeno negativos que desean unirse con los iones de hidrógeno positivos. Muchas de las propiedades del agua dependen de la creación y ruptura de estos enlaces de hidrógeno y una cierta velocidad, tiempo y energía. Para agua líquida en algunos complicados, Entorno estresado y heterogéneo, Algunas de las propiedades del agua aún no se han entendido completamente. Los científicos usan simulaciones por computadora para simular estas propiedades. Estas simulaciones deben calibrarse adecuadamente para garantizar la calidad de los datos producidos. El agua es un solvente universal. Sus propiedades y respuesta controlan muchos procesos y fenómenos. Su comprensión fundamental puede extenderse a la resolución de la salud práctica, la energía y los retos medioambientales.

"El agua es realmente complicado desde el punto de vista químico, "dice Galib, químico. "Así que ajustar estas simulaciones para que sean precisas es un verdadero desafío".

Las propiedades dinámicas y estructurales del agua se pueden analizar mediante simulaciones informáticas avanzadas. Usando computadoras de alta potencia, Los científicos han utilizado técnicas de mecánica cuántica que se basan en DFT. Un método mecánico cuántico, DFT se utiliza en física, química y ciencias de los materiales para examinar la estructura electrónica de las moléculas, que se refiere a las propiedades de los electrones en el campo electrostático que rodea los núcleos.

El DFT no está exento de fallas. Se han realizado muchos estudios sobre la eficacia y precisión de DFT, especialmente en lo que respecta a las propiedades del agua a granel e interfacial. El desafío para los científicos es basarse en DFT para crear un protocolo que pueda simular de manera efectiva propiedades del agua complejas y precisas.

"Si somos lo suficientemente buenos para comprender las fuerzas entre moléculas utilizando herramientas de mecánica estadística, podemos sintonizar, predecir, controlar y comprender estas propiedades complejas, "dice Schenter, científico químico.

Teniendo esto en cuenta, Los científicos del PNNL probaron una versión revisada de Perdew-Burke-Ernzerhof más la tercera generación de dispersión de Grimme (revPBE-D3) para simular una imagen clara de las fluctuaciones de densidad de masa en agua pura.

La prueba demostró que el protocolo revPBE-D3 es preciso para determinar las mediciones de agua pura de referencia. Además, los resultados corroboraron estudios anteriores sobre el uso de potenciales de interacción DFT y aclararon inconsistencias en las propiedades termodinámicas del agua.

Después de probar que el revPBE-D3 es preciso en la simulación de las propiedades del agua de referencia, el siguiente paso es probar simulaciones más complejas utilizando el mismo protocolo.