Glass‐box molecular dynamics simulation for teaching the van der Waals interaction

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.