用于水合水的 Franzese-Stanley 粗粒化模型

水的建模是一个具有挑战性的问题。水的反常性质难以复现，促使大量计算模型涌现，研究人员在其中选择最适合其所研究性质的模型。在本章中，我们介绍由 Franzese 和 Stanley（FS）提出的粗粒化模型，该模型考虑了水的多体相互作用。我们综述了关于水单分子层在宽泛压强与温度范围（包括极端条件）下的平均场计算和蒙特卡洛模拟。结果表明存在两种动力学交叉，并解释了扩散反常的起源。此外，该模型显示，过去几十年中作为水的实验反常之替代解释而提出的所有不同情景，都可以通过多体（协同）相互作用的微调而相互关联。一旦根据该参数从实验设定，FS 模型便预言在过冷水域存在两种具有不同密度和能量的液体之间的相变，并终止于一个液-液临界点。从该临界点衍生出一条液-液 Widom 线，即水关联长度极大值的轨迹，在 FS 模型中可直接计算。结果与实验外推一致。而且，它们与原子尺度模型的结果相符，但可在更宽的热力学区域内作出预言，从而更好地解释现有实验数据。所有这些发现提供了关于水性质的连贯图像，并证实了 FS 模型的有效性，该模型已证明对生物系统的大规模模拟很有用。