Δυναμικό Lennard-Jones [Video Lecture]

Ο χημικός δεσμός μεταξύ δύο ατόμων προκύπτει από την αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

Έστω δύο άτομα σε απόσταση $r$. Ένα εμπειρικό δυναμικό που περιγράφει την αλληλεπίδραση είναι το Lennard-Jones

$$ V(r) = D\left(\frac{R}{r}\right)^{12} - 2 \left(\frac{R}{r}\right)^6 $$

όπου $D, R$ είναι σταθερές.

[Αυτή η μορφή δυναμικού περιγράφει δεσμούς Van der Waals μεταξύ των ατόμων, δηλαδή αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου.]

Παρατηρούμε ότι

$$ \begin{aligned} & V(r) \to \infty,\qquad \text{όταν}\;\; r\to 0 \\ & V(r) \to 0,\qquad\,\, \text{όταν}\;\; r\to \infty. \end{aligned} $$

Η παράγωγος είναι

$$ \frac{dV}{dr} = \frac{12}{r}\,\left[ \left(\frac{R}{r}\right)^6 - D \left(\frac{R}{r}\right)^{12} \right] $$

Συνεχής γραμμή: το δυναμικό Lennard-Jones. Διακεκομμένη γραμμή: Παραβολική προσέγγιση. (Τιμές παραμέτρων $D=1, R=5$.)

Συνεχής γραμμή: το δυναμικό Lennard-Jones. Διακεκομμένη γραμμή: Παραβολική προσέγγιση. (Τιμές παραμέτρων $D=1, R=5$.)

Έχουμε ελάχιστο για

$$ \frac{dV}{dr}\Big|_{r=r_0} = 0 \Rightarrow r_0 = D^{1/6} R. $$

με τιμή

$$ V(r=r_0) = -\frac{1}{D}. $$

[Βρίσκουμε επίσης $\frac{d^2V}{dr^2}(r=r_0) = \frac{72}{R^2 D^{4/3}} > 0$.]

Ερωτήσεις.