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Ein '''Kraftfeld''' (englisch: ''force field'') ist in der [[Computerphysik]] und verwandten Disziplinen, wie der [[Theoretische Chemie|Theoretischen Chemie]], eine Parametrisierung der [[potentielle Energie|potentiellen Energie]] und kommt insbesondere bei der Beschreibung von [[Molekül]]en zum Einsatz. Wenn auf ein bestimmtes Kraftfeld verwiesen wird, so ist damit sowohl die funktionelle Form des Kraftfeldes, als auch ein spezielles (definiertes) Parameterset gemeint. | |||
Häufig enthalten Kraftfelder Terme für Beiträge zur potentiellen Energie, die durch chemische Bindungen vermittelt werden sowie Terme für Wechselwirkungen, die nicht durch chemische Bindungen vermittelt werden: | Häufig enthalten Kraftfelder Terme für Beiträge zur potentiellen Energie, die durch chemische Bindungen vermittelt werden sowie Terme für Wechselwirkungen, die nicht durch chemische Bindungen vermittelt werden: | ||
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Der Beitrag <math>E_\text{bonded}</math> enthält häufig Terme, welche die Torsion von Bindungen, Bindungswinkel und Bindungslängen beschreiben. | Der Beitrag <math>E_\text{bonded}</math> enthält häufig Terme, welche die Torsion von Bindungen, Bindungswinkel und Bindungslängen beschreiben. | ||
Der Term, der die Bindungslänge zwischen Atomtypen der Sorte A und B beschreibt, kann z.B. die Form <math>E_{AB} = k_{AB} (r_{AB}^0 - r)^2</math> annehmen, wobei die Federkonstante <math>k_{AB}</math> sowie der Gleichgewichtsabstand <math>r_{AB}^0</math> Parameter sind. Da beispielsweise Kohlenstoffatome, je nachdem, ob eine Doppel- oder Einfachbindung vorliegt, andere Gleichgewichtsabstände und Federkonstanten haben, verwendet man zur Charakterisierung der anzuwendenden Parameter nicht lediglich Elementsymbole, sondern Atomtypen. | Der Term, der die Bindungslänge zwischen Atomtypen der Sorte A und B beschreibt, kann z. B. die Form <math>E_{AB} = k_{AB} (r_{AB}^0 - r)^2</math> annehmen, wobei die Federkonstante <math>k_{AB}</math> sowie der Gleichgewichtsabstand <math>r_{AB}^0</math> Parameter sind. Da beispielsweise Kohlenstoffatome, je nachdem, ob eine Doppel- oder Einfachbindung vorliegt, andere Gleichgewichtsabstände und Federkonstanten haben, verwendet man zur Charakterisierung der anzuwendenden Parameter nicht lediglich Elementsymbole, sondern Atomtypen. | ||
Bei der (alleinigen) Wahl der obigen funktionellen Form zur Beschreibung der Bindungslänge wäre das Brechen von Bindungen nicht möglich. Es gibt jedoch reaktive Kraftfelder (wie beispielsweise [[ReaxFF]]), die das Brechen von Bindungen beschreiben können. | Bei der (alleinigen) Wahl der obigen funktionellen Form zur Beschreibung der Bindungslänge wäre das Brechen von Bindungen nicht möglich. Es gibt jedoch reaktive Kraftfelder (wie beispielsweise [[ReaxFF]]), die das Brechen von Bindungen beschreiben können. | ||
Die Wahl der Parameter eines Kraftfeldes erfolgt so, dass es in Computersimulationen bestimmte Aspekte möglichst exakt wiedergeben kann. | Die Wahl der Parameter eines Kraftfeldes erfolgt so, dass es in Computersimulationen bestimmte Aspekte möglichst exakt wiedergeben kann. | ||
== | Kraftfelder bieten den Vorteil, dass sich relativ große Systeme modellieren lassen. Ferner kann die Aufspaltung der Energie in ihre Einzelbeiträge zum Verständnis (z. B. der Molekülstruktur) beitragen.<ref>{{Literatur |Autor=Norman L. Allinger |Titel=Molecular Structure |Datum=2010-07-19 |DOI=10.1002/9780470608852 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470608852 |Abruf=2018-12-16}}</ref> Die Genauigkeit der Beschreibung hängt allerdings entscheidend davon ab, wie gut das gewählte Parameterset zu dem zu untersuchenden System passt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.wiley.com/en-us/Introduction+to+Computational+Chemistry%2C+3rd+Edition-p-9781118825990 |titel=Introduction to Computational Chemistry, 3rd Edition |zugriff=2018-12-16 |sprache=en-us}}</ref> | ||
{{ | |||
== Potentiale == | |||
Kraftfelder der ersten Generation (bzw. ''"class-I"-Kraftfelder'') teilen sich auf in Bindungspotentiale und Nichtbindungspotentiale:<ref name=":0" /><ref name="MD"/> | |||
:<math>\ E_{\text{total}} = E_{\text{bonded}} + E_{\text{nonbonded}} </math> | |||
=== Bindungspotentiale === | |||
Bindungspotentiale teilen sich üblicherweise auf in Dehnungs-, Biege- und Torsionspotentiale<ref name=":0" /><ref name="MD"/> | |||
:<math>\ E_{\text{bonded}} = E_{\text{bond}} + E_{\text{angle}} + E_{\text{dihedral}}</math> | |||
==== Dehnung von kovalenten Bindungen ==== | |||
Die Bindungsenergie zweier Atome i und j berechnet sich zu:<ref name="MD">{{Literatur|Autor=Johannes Kalliauer, Gerhard Kahl, Stefan Scheiner, Christian Hellmich|Titel=A new approach to the mechanics of DNA: Atoms-to-beam homogenization|Sammelwerk=Journal of the Mechanics and Physics of Solids|Band=143|Datum=2020-06-04|Seiten=104040|DOI=10.1016/j.jmps.2020.104040}}</ref> | |||
:<math>E_{\text{bond}}^{ij}=k_{ij}\,(|r_{ij}|-r_{eq})^2</math> | |||
mit | |||
* <math>E_{\text{bond}}^{ij}</math>...der Bindungsenergie zwischen i und j | |||
* <math>k_{ij}</math>...der Bindungssteifigkeit | |||
* <math>r_{ij}</math>...den momentanen Abstand zwischen den Atomen i und j | |||
* <math>r_{eq}</math>...den Gleichgewichtsabstand. | |||
==== Biegung zweier kovalenten Bindungen ==== | |||
Die Biegeenergie dreier Atome i, j und k berechnet sich zu:<ref name="MD"/> | |||
:<math>E_{\text{angle}}^{ijk}=k_{ijk}\,(\theta_{ijk}-\theta_{eq})^2</math> | |||
mit | |||
* <math>E_{\text{angle}}^{ijk}</math>...der Biegeenergie zwischen i, j und k | |||
* <math>k_{ijk}</math>...der Biegungssteifigkeit | |||
* <math>\theta_{ijk}</math>...den momentanen Winkel zwischen den Atomen i, j und k | |||
* <math>\theta_{eq}</math>...dem Gleichgewichtswinkel. | |||
==== Tordierung dreier kovalenten Bindungen ==== | |||
Die Torsionsergie vierer Atome i, j, k und l berechnet sich zu:<ref name="MD"/> | |||
:<math>E_{\text{dihedral}}^{ijkl}=k_{ijkl}\left[1+\cos(n\,\phi)\,\cos(\psi)+\sin(n\,\phi)\,\sin(\psi)\right]</math> | |||
mit | |||
* <math>E_{\text{dihedral}}^{ijkl}</math>...der Torsionsenergie zwischen i, j, k und l | |||
* <math>k_{ijkl}</math>...der Torsionssteifigkeit | |||
* <math>n</math>...der Periodizität (üblicherweise n∈{1,2,3} ) | |||
* <math>\phi</math>...den momentanen Winkel zwischen den Verbindungen i mit j und k mit l, bei der Projektion in eine Ebene orthongoal zur jk-Verbindung. | |||
* <math>\psi</math>...dem Gleichgewichtswinkel. | |||
=== Nichtbindungspotentiale === | |||
Bindungspotentiale teilen sich üblicherweise auf in elektrostatische und van der Waals-Potentiale<ref name=":0" /><ref name="MD"/> | |||
:<math>\ E_{\text{nonbonded}} = E_{\text{electrostatic}} + E_{\text{van der Waals}} </math> | |||
==== Van der Waals ==== | |||
Das van der Waals-Potentiale und [[Wasserstoffbrückenbindung]]en werden of mit einem [[Lennard-Jones-Potential]] approximiert:<ref name="MD"/> | |||
:<math>E_{\text{van der Waals}}^{ij}=\frac{a_{i,j}}{\|r_{ij}\|^{12}}-\frac{b_{i,j}}{\|r_{ij}\|^{6}}</math> | |||
mit | |||
* <math>E_{\text{van der Waals}}^{ij}</math>...van der Waals-Potential (approximiert durch ein [[Lennard-Jones-Potential]]) | |||
* <math>a_{i,j}</math>, <math>b_{i,j}</math>...Lennhard-Jones Parameter | |||
* <math>r_{ij}</math>...den momentanen Abstand zwischen i und j. | |||
==== Elektrostatik ==== | |||
Das Coulomb potential berücksichtigt die elektrostatischen Interaktionen und berechnet sich zu:<ref name="MD"/> | |||
:<math>E_{\text{electrostatic}}^{ij}=\frac{1}{\|r_{ij}\|}\,k_C\,Q_i\,Q_j</math> | |||
mit | |||
* <math>E_{\text{electrostatic}}^{ij}</math>...Coulomb-Potential | |||
* <math>k_C</math>...[[Coulomb-Konstante]] (aus Performenzgründen normalerweise in modifizierten Ladungen implementiert) | |||
* <math>Q_i</math>, <math>Q_j</math>...Ladungen der Atome i bzw. j | |||
* <math>r_{ij}</math>...den momentanen Abstand zwischen i und j. | |||
== Einteilung == | |||
=== Erste und zweite Generation === | |||
Kraftfelder können in unterschiedliche Generationen (bzw. Klassen (engl. ''class'') ) eingeteilt werden.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=M.A. González |Titel=Force fields and molecular dynamics simulations |Sammelwerk=École thématique de la Société Française de la Neutronique |Band=12 |Datum=2011 |Seiten=169–200 |ISSN=2107-7223 |DOI=10.1051/sfn/201112009 |Online=http://www.neutron-sciences.org/10.1051/sfn/201112009 |Abruf=2018-07-14}}</ref> Kraftfelder der ersten Generation (bzw. ''"class-I"-Kraftfelder'') berechnen sich nach:<ref name=":0" /><ref name="MD"/> | |||
:<math>\ E_{\text{total}} = E_{\text{bonded}} + E_{\text{nonbonded}} </math> | |||
::<math>\ E_{\text{bonded}} = E_{\text{bond}} + E_{\text{angle}} + E_{\text{dihedral}}</math> | |||
::<math>\ E_{\text{nonbonded}} = E_{\text{electrostatic}} + E_{\text{van der Waals}} </math> | |||
Kraftfelder der zweiten Generation (bzw. ''"class-II"-Kraftfelder'') verwenden zur Berechnung der Potentiale weiterhin noch Korrelationsterme, die unter anderem gleichzeitige Bindungsdehnung/-stauchung und eine Veränderung des Bindungswinkel berücksichtigen.<ref name=":0" /> | |||
Erste Generation (bzw. ''"class-I"-Kraftfelder):''<ref name=":0" /> | |||
* [[AMBER]] | * [[AMBER]] | ||
* | * OPLS | ||
* [[CHARMM]] | * [[CHARMM]] | ||
* | * ... | ||
Zweite Generation (bzw. ''"class-II"-Kraftfelder):''<ref name=":0" /> | |||
* MM2,<ref>{{cite journal | last = Allinger | first = Norman | authorlink = Norman L. Allinger | * MM2,<ref>{{cite journal | last = Allinger | first = Norman | authorlink = Norman L. Allinger | ||
| title = Conformational analysis. 130. MM2. A hydrocarbon force field utilizing V1 and V2 torsional terms | | title = Conformational analysis. 130. MM2. A hydrocarbon force field utilizing V1 and V2 torsional terms | ||
| journal = [[Journal of the American Chemical Society]] | volume = 99 | pages = 8127–8134 | year = 1977 | | journal = [[Journal of the American Chemical Society]] | volume = 99 | pages = 8127–8134 | year = 1977 | ||
| doi = 10.1021/ja00467a001 | issue = 25 }}</ref> MM3, MM4 | | doi = 10.1021/ja00467a001 | issue = 25 }}</ref> MM3, MM4 | ||
* COMPASS | |||
* UFF (universal force field) | |||
* CFF (consistent force field) | |||
* MMFF (Merck molecular force field) | |||
* ... | |||
=== Andere Einteilung === | |||
==== Klassische Kraftfelder ==== | |||
* [[AMBER]] (Assisted Model Building and Energy Refinement) – Geläufig für Protein- und DNA-Berechnungen. Teilweise auch für polarisierte Kraftfelder geeignet.<ref>{{Literatur |Autor=Wendy D. Cornell, Piotr Cieplak, Christopher I. Bayly, Ian R. Gould, Kenneth M. Merz |Titel=A Second Generation Force Field for the Simulation of Proteins, Nucleic Acids, and Organic Molecules |Hrsg= |Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society |Band=117 |Nummer=19 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=1995-05 |ISBN= |ISSN=0002-7863 |DOI=10.1021/ja00124a002 |Seiten=5179–5197}}</ref> | |||
* [[CHARMM]] (Chemistry at Harvard Molecular Mechanics) – Breite Anwendung. Teilweise auch für polarisierte Kraftfelder geeignet.<ref name="CPFF0">Patel, S., Brooks, C.L., III (2004) "CHARMM fluctuating charge force field for proteins: I parameterization and application to bulk organic liquid simulations." ''J. Comput. Chem.'' '''25''' 1-16.</ref><ref name="CPFF1">Patel, S., MacKerell, A.D., Jr., Brooks, C.L., III (2004) "CHARMM fluctuating charge force field for proteins: II Protein/solvent properties from molecular dynamics simulations using a nonadditive electrostatic model." ''J. Comput. Chem.'' '''25''' 1504-1514.</ref> | |||
* OPLS (Optimized Potential for Liquid Simulations) – Varianten z. B. OPLS-AA, OPLS-UA, OPLS-2001, OPLS-2005<ref>{{Literatur |Autor=William L. Jorgensen, Julian Tirado-Rives |Titel=The OPLS [optimized potentials for liquid simulations] potential functions for proteins, energy minimizations for crystals of cyclic peptides and crambin |Hrsg= |Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society |Band=110 |Nummer=6 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=1988-03 |ISBN= |DOI=10.1021/ja00214a001 |Seiten=1657–1666}}</ref> | |||
* UFF (Universal Force Field) – Kraftfeldparameter für das gesamte Periodensystem.<ref>{{Cite journal |last1= Rappe |first1= A. K. |last2= Casewit |first2= C. J. |last3= Colwell |first3= K. S. |last4= Goddard |first4= W. A. |last5= Skiff |first5= W. M. |title= UFF, a full periodic table force field for molecular mechanics and molecular dynamics simulations |url= http://www.wag.caltech.edu/publications/sup/pdf/275.pdf |doi= 10.1021/ja00051a040 |journal= [[Journal of the American Chemical Society]] |volume= 114 |issue= 25 |pages= 10024–10035 |date=1992-12 |pmid= |pmc= }}</ref> | |||
* CFF (Consistent Force Field) – Geläufig für organische Verbindungen, auch für Polymere und Metalle. | |||
* COMPASS (Condensed-phase Optimized Molecular Potentials for Atomistic Simulation Studies)<ref>{{Cite journal |last1= Sun |first1= H. |title= COMPASS: An ab Initio Force-Field Optimized for Condensed-Phase ApplicationsOverview with Details on Alkane and Benzene Compounds |doi= 10.1021/jp980939v |journal= The Journal of Physical Chemistry B |volume= 102 |issue= 38 |pages= 7338–7364 |year= 1998 |pmid= |pmc= }}</ref> | |||
* MMFF (Merck Molecular Force Field) – Breite Anwendung.<ref>{{Literatur |Autor=Thomas A. Halgren |Titel=Merck molecular force field. I. Basis, form, scope, parameterization, and performance of MMFF94 |Sammelwerk=Journal of Computational Chemistry |Band=17 |Nummer=5-6 |Datum=1996 |ISSN=1096-987X |DOI=10.1002/(SICI)1096-987X(199604)17:5/63.0.CO;2-P |Seiten=490–519 }}</ref> | |||
* MM2, MM3, MM4 – Entwickelt von [[Norman Allinger]], breite Anwendung.<ref>{{Literatur |Autor=Norman L. Allinger, Young H. Yuh, Jenn Huei Lii |Titel=Molecular mechanics. The MM3 force field for hydrocarbons. 1 |Hrsg= |Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society |Band=111 |Nummer=23 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=1989-11-01 |ISBN= |ISSN=0002-7863 |DOI=10.1021/ja00205a001 |Seiten=8551–8566}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Jenn Huei Lii, Norman L. Allinger |Titel=Molecular mechanics. The MM3 force field for hydrocarbons. 2. Vibrational frequencies and thermodynamics |Hrsg= |Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society |Band=111 |Nummer=23 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=1989-11-01 |ISBN= |ISSN=0002-7863 |DOI=10.1021/ja00205a002 |Seiten=8566–8575}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Jenn Huei Lii, Norman L. Allinger |Titel=Molecular mechanics. The MM3 force field for hydrocarbons. 3. The van der Waals' potentials and crystal data for aliphatic and aromatic hydrocarbons |Hrsg= |Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society |Band=111 |Nummer=23 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=1989-11-01 |ISBN= |ISSN=0002-7863 |DOI=10.1021/ja00205a003 |Seiten=8576–8582}}</ref> | |||
==== Polarisierbare Kraftfelder ==== | |||
* CFF/ind and ENZYMIX – Anwendung in biologischen Systemen.<ref name="awml3">Warshel A. and Levitt M. (1976) "Theoretical Studies of Enzymatic Reactions: Dielectric Electrostatic and Steric Stabilization of the Carbonium Ion in the Reaction of Lysozyme". ''J. Mol. Biol.'' '''103''' 227-249.</ref> | |||
* DRF90 | |||
* PIPF (Polarizable Intermolecular Potential for Fluids) – Für organische Flüssigkeiten und Biopolymere.<ref name="pipf">Gao, J., Habibollahzadeh, D., and Shao, L. (1995) "A Polarizable Intermolecular Potential Functions for Simulations of Liquid Alcohols". ''J. Phys. Chem.'' '''99''' 16460-16467.</ref><ref name="pipf2">Xie, W., Pu, J., MacKerell, A. D., Jr., and Gao, J. (2007) "Development of a Polarizable Intermolecular Potential Function (PIPF) for Liquid Amides and Alkanes". ''J. Chem. Theory Comput.'' '''3''' 1878-1889.</ref> | |||
* PFF (Polarizable Force Field) | |||
* CPE (basis Chemical Potential Equalization)<ref name="procacci">Chelli, R., Procacci, P. (2002) "A Transferable Polarizable Electrostatic Force Field for Molecular Mechanics based on the Chemical Potential Equalization Principle." '' J. Chem. Phys. '' 17 '' 9175-9189''</ref> | |||
==== Reaktive Kraftfelder ==== | |||
* [[ReaxFF]] (Reactive Force Field) – Schnell, geeignet für sehr große und lange Simulationen (>>1.000.000 Atome) chemischer Reaktionen.<ref>{{Literatur |Autor=Adri C. T. van Duin, Siddharth Dasgupta, Francois Lorant, William A. Goddard |Titel=ReaxFF: A Reactive Force Field for Hydrocarbons |Hrsg= |Sammelwerk=The Journal of Physical Chemistry A |Band=105 |Nummer=41 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=2001-10-01 |ISBN= |ISSN=1089-5639 |DOI=10.1021/jp004368u |Seiten=9396–9409}}</ref> | |||
* EVB (Empirical Valence Bond) – Breite Anwendung.<ref>{{Literatur |Autor=Arieh Warshel, Robert M. Weiss |Titel=An empirical valence bond approach for comparing reactions in solutions and in enzymes |Hrsg= |Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society |Band=102 |Nummer=20 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=1980-09-01 |ISBN= |ISSN=0002-7863 |DOI=10.1021/ja00540a008 |Seiten=6218–6226}}</ref> | |||
==== Vergröberte Kraftfelder ==== | |||
* VAMM (Virtual Atom Molecular Mechanics) – Vergröbertes Kraftfeld für Konformationsanalysen.<ref>A. Korkut, W.A. Hendrickson (2009). "A force field for virtual atom molecular mechanics of proteins." ''Proc. Natl. Acad. Sci. USA'' '''106''' 15667–15672.</ref> | |||
==== Wasser Kraftfelder ==== | |||
* TIP3P, TIP4P | |||
* Flexible SPC (Flexible Simple Point Charge water model) | |||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
Ein Kraftfeld (englisch: force field) ist in der Computerphysik und verwandten Disziplinen, wie der Theoretischen Chemie, eine Parametrisierung der potentiellen Energie und kommt insbesondere bei der Beschreibung von Molekülen zum Einsatz. Wenn auf ein bestimmtes Kraftfeld verwiesen wird, so ist damit sowohl die funktionelle Form des Kraftfeldes, als auch ein spezielles (definiertes) Parameterset gemeint.
Häufig enthalten Kraftfelder Terme für Beiträge zur potentiellen Energie, die durch chemische Bindungen vermittelt werden sowie Terme für Wechselwirkungen, die nicht durch chemische Bindungen vermittelt werden:
Der Beitrag $ E_{\text{nonbonded}} $ enthält häufig ein Lennard-Jones-Potential-Term und einen Coulomb-Potential-Term. Der Beitrag $ E_{\text{bonded}} $ enthält häufig Terme, welche die Torsion von Bindungen, Bindungswinkel und Bindungslängen beschreiben.
Der Term, der die Bindungslänge zwischen Atomtypen der Sorte A und B beschreibt, kann z. B. die Form $ E_{AB}=k_{AB}(r_{AB}^{0}-r)^{2} $ annehmen, wobei die Federkonstante $ k_{AB} $ sowie der Gleichgewichtsabstand $ r_{AB}^{0} $ Parameter sind. Da beispielsweise Kohlenstoffatome, je nachdem, ob eine Doppel- oder Einfachbindung vorliegt, andere Gleichgewichtsabstände und Federkonstanten haben, verwendet man zur Charakterisierung der anzuwendenden Parameter nicht lediglich Elementsymbole, sondern Atomtypen. Bei der (alleinigen) Wahl der obigen funktionellen Form zur Beschreibung der Bindungslänge wäre das Brechen von Bindungen nicht möglich. Es gibt jedoch reaktive Kraftfelder (wie beispielsweise ReaxFF), die das Brechen von Bindungen beschreiben können.
Die Wahl der Parameter eines Kraftfeldes erfolgt so, dass es in Computersimulationen bestimmte Aspekte möglichst exakt wiedergeben kann.
Kraftfelder bieten den Vorteil, dass sich relativ große Systeme modellieren lassen. Ferner kann die Aufspaltung der Energie in ihre Einzelbeiträge zum Verständnis (z. B. der Molekülstruktur) beitragen.[1] Die Genauigkeit der Beschreibung hängt allerdings entscheidend davon ab, wie gut das gewählte Parameterset zu dem zu untersuchenden System passt.[2]
Kraftfelder der ersten Generation (bzw. "class-I"-Kraftfelder) teilen sich auf in Bindungspotentiale und Nichtbindungspotentiale:[3][4]
Bindungspotentiale teilen sich üblicherweise auf in Dehnungs-, Biege- und Torsionspotentiale[3][4]
Die Bindungsenergie zweier Atome i und j berechnet sich zu:[4]
mit
Die Biegeenergie dreier Atome i, j und k berechnet sich zu:[4]
mit
Die Torsionsergie vierer Atome i, j, k und l berechnet sich zu:[4]
mit
Bindungspotentiale teilen sich üblicherweise auf in elektrostatische und van der Waals-Potentiale[3][4]
Das van der Waals-Potentiale und Wasserstoffbrückenbindungen werden of mit einem Lennard-Jones-Potential approximiert:[4]
mit
Das Coulomb potential berücksichtigt die elektrostatischen Interaktionen und berechnet sich zu:[4]
mit
Kraftfelder können in unterschiedliche Generationen (bzw. Klassen (engl. class) ) eingeteilt werden.[3] Kraftfelder der ersten Generation (bzw. "class-I"-Kraftfelder) berechnen sich nach:[3][4]
Kraftfelder der zweiten Generation (bzw. "class-II"-Kraftfelder) verwenden zur Berechnung der Potentiale weiterhin noch Korrelationsterme, die unter anderem gleichzeitige Bindungsdehnung/-stauchung und eine Veränderung des Bindungswinkel berücksichtigen.[3]
Erste Generation (bzw. "class-I"-Kraftfelder):[3]
Zweite Generation (bzw. "class-II"-Kraftfelder):[3]