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Glass‐Box Molekulardynamische Simulationen zur Vermittlung der van der Waals‐WechselwirkungGlass‐box molecular dynamics simulation for teaching the van der Waals interaction

Von Wiley-VCH zur Verfügung gestellt

Abstract

Die molekulardynamische Simulation ist eine weit verbreitete Methode, die Einblicke in die submikroskopische Ebene von Vielteilchensystemen erlaubt und die Berechnung makroskopischer und struktureller Eigenschaften ermöglicht. Sie kann auch didaktisch hilfreich zur Vermittlung von Wechselwirkungen und den daraus resultierenden molekularen Prozessen sein. Der Umgang mit der Frage, wie eine solche Simulation abläuft, kann zum Verständnis chemischer Inhalte beitragen. Dieses „Wie“ erfordert eine Auseinandersetzung mit den Simulationsmethoden und den molekularen Modellen auf der Grundlage einsehbarer Programmcodes. Bei solchen Glass-Box Simulationen ist der Code Teil der Behandlung chemischer Inhalte. Dabei wird informatisches Denken genutzt, um mit Algorithmen molekulare Vorgänge zu erläutern. In diesem Artikel werden die van der Waals-Wechselwirkung, die Geschwindigkeitsverteilung sowie die Struktur von Fluiden und Feststoffen behandelt. Neben einer Visualisierung der submikroskopischen Prozesse ermöglicht dieser Ansatz auch Erkenntnisse über die Natur von Modellen. Hinzu kommt, dass Programmierfähigkeiten in den Naturwissenschaften von großer Bedeutung sind und auch im schulischen Bereich für die damit verbundenen Möglichkeiten sensibilisiert werden sollte.

Translation abstract

Molecular dynamics simulation is a widespread method, which provides insights into the submicroscopic level of many-particle systems and allows the calculation of macroscopic and structural properties. It can also be useful for teaching interactions and the resulting molecular processes. Dealing with the question how such a simulation works can contribute to the understanding of chemical content. This “how” requires a confrontation with the simulation method and the molecular model based on open program codes. Within such glass-box simulation, the code is part of the treatment of the chemical content. In this context, computational thinking is used to explain molecular processes with algorithms. In this paper, the van der Waals interaction, the velocity distribution as well as the structure of fluids and solids are treated. Besides the visualization of submicroscopic processes, this approach contributes to the knowledge of the nature of models. Finally, programming skills are of great importance in natural sciences and students should be made aware of the related possibilities.

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