分子间作用力与液体
伦纳德-琼斯势
/ LEN-ard JOHNZ /
想象两个人在黑暗中相向而行。离得远时,他们感到一点把彼此拉近的吸引;可一旦撞得太用力,又会互相推开。在两者之间存在一个舒适的距离,在那里既不是拉占上风、也不是推占上风。伦纳德-琼斯势就是一个简单的公式,恰好刻画了两个中性原子或分子之间这种你来我往。
伦纳德-琼斯势是一个数学模型,把两个粒子之间的能量写成它们相距远近的函数。它有两部分:一是中等距离上把它们拉到一起的温和吸引(即色散力,随距离的六次方衰减),二是当它们的电子云开始重叠时猛然出现的陡峭排斥(随距离的十二次方上升)。两者合在一起,构成一条只有单个最低点的能量曲线——那就是平衡距离,两个粒子在此处待得最舒服。
它为何要紧:这条整洁的曲线只由两个数字设定(势阱有多深、粒子有多大),却是计算机模拟液体、气体和蛋白质的主力工具。需要老实说明的是:它是一种有意为之的简化——那陡峭的排斥之所以采用十二次方,主要是因为便于计算;而且该模型忽略了永久偶极、氢键和电荷,因此它最适合用于惰性气体。
在液氩的分子动力学模拟中,每一对原子都感受到伦纳德-琼斯力:远距离时是温和的吸引,一旦靠得太近就立刻是强硬的推斥,从而重现出氩真实的密度和沸点。
一条简单的双参数曲线,同时刻画吸引与排斥。
伦纳德-琼斯势是一个模型,而非定律。它的六次方吸引在色散理论中有物理依据,但其十二次方排斥主要是出于数学上的方便而选定的;它忽略了极性、氢键和电荷,所以最适合惰性气体。
又称
另见