¿Puedo identificar la fase (sólido, líquido, gas) solo a partir de una instantánea de las posiciones de las moléculas?

En un gas la distancia entre moléculas es claramente mayor. Pero entre un sólido amorfo y un líquido, el orden y las distancias son equivalentes (peor aún: recuerda que el hielo es menos denso que el agua líquida) por lo que no podrás saberlo. Será más fácil detectar el orden para un sólido cristalino, pero los líquidos polares también tienen un orden de corta distancia.

Por supuesto, muy cerca de la transición (o peor aún, pase el punto triple), no podrá distinguir la fase solo por las posiciones. Tenga en cuenta también que la fase no se limita a sólido/líquido/fase: además de los estados extremos, también hay varias reorganizaciones de cristales dependiendo de la temperatura y la presión.

Identificar la fase sólida es lo más fácil. verá un cristal, una estructura organizada con seis vecinos para cada partícula. (El teorema de Mermin-Wagner no se aplica aquí, porque la interacción tiene un rango lo suficientemente largo. Consulte este artículo para simulaciones e instantáneas de la fase sólida). así es como se ve la fase sólida:

habrá una fase hexática (cristal líquido, no puedo encontrar instantáneas).

La parte difícil es distinguir el líquido y el gas. debe notar que para una temperatura lo suficientemente alta no hay distinción entre gas y líquido (por encima del punto crítico), por lo que si solo observa la distancia entre partículas, no puede decir qué es líquido y qué es gas.

Si observa una temperatura más baja que la temperatura crítica, dependiendo de la presión que aplique, puede ver gas, líquido o gotas de líquido dentro de un gas. cuando digo gotas de líquido dentro de un gas, quiero decir que tendrá grupos de partículas y algunas partículas libres moviéndose entre ellas; vea la imagen en la región del gas líquido.

si está por encima de la temperatura crítica, no hay distinción entre gas y líquido, lo llamamos fluido (vea la región monofásica en la imagen).

Si desea distinguir entre gas \ líquido \ fluido, hay una manera:

lo que puedes hacer es mirar la distribución de densidad. divide una instantánea de tu simulación en cuadros (tendrás que jugar con los tamaños, dependiendo de la cantidad de partículas y la densidad), como esta imagen:

Pregunte cuál es la densidad en cada cuadro y coloque los resultados en un histograma. haga esto para todos los pasos de su simulación y promedie los resultados. ver este artículo para más detalles.

si tienes líquido mezclado con gas, verás dos densidades:

a medida que aumente la temperatura, las dos densidades se irán acercando, hasta convertirse en una. esto significa que cruzó la temperatura crítica y ahora está por encima de la temperatura crítica.

una nota más: encontrar el punto de congelación y el punto de vaporización puede requerir diferentes técnicas de simulación. a medida que se acerque al punto crítico, necesitará muchos más pasos para equilibrar la simulación, por lo que probablemente querrá usar el modelo de Gibbs para evitar esto.