✨Thế Lennard-Jones

thế=|nhỏ|320x320px| Hình 1. Đồ thị hàm thế Lennard-Jones: Thế năng tương tác liên phân tử là hàm theo khoảng cách giữa các cặp hạt. Mức thế cực tiểu tại$r=r\_\{\backslash rm\; min\}\; =\; 2^\{1/6\}\backslash sigma.$ Trong hóa học tính toán, vật lý phân tử và hóa lý, thế Lennard-Jones (còn gọi là thế LJ hoặc thế 12-6; được đặt tên theo John Lennard-Jones) là một cặp thế tương tác giữa các phân tử. Trong số tất cả các thế liên phân tử, thế Lennard-Jones có lẽ là thế năng được nghiên cứu rộng rãi nhất. Đây được coi là một mô hình nguyên mẫu cho các tương tác giữa các phân tử đơn giản nhưng có tính thực tế.

Mô hình thế Lennard-Jones mô tương tác đẩy nhẹ và lực hút yếu (lực hút Van der Waals). Do đó, thế Lennard-Jones mô tả các nguyên tử hoặc phân tử trung hòa điện tử. Phương trình thường được sử dụng cho thế Lennard-Jones là$$V$$\text{LJ}(r) = 4\varepsilon \left[ \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{12} - \left(\frac{\sigma}{r}\right)^6 \right], Trong đó là khoảng cách giữa hai hạt tương tác, là độ sâu của hố thế năng (thường được gọi là 'năng lượng phân tán') và là khoảng cách (hay độ dài) mà tại đó khi thì thế năng của hạt-hạt bằng 0 (thường được gọi là 'kích thước của hạt'). Thế Lennard-Jones đạt giá trị cực tiểu tại khoảng cách $r=r${\rm min}= 2^{1/6}\sigma, khi đó giá trị $V=-\backslash varepsilon.$

Thế Lennard-Jones là một mô hình đơn giản, nhưng mô tả các đặc điểm cơ bản của tương tác giữa các nguyên tử và phân tử đơn giản: Hai hạt tương tác đẩy nhau ở khoảng cách rất gần, hút nhau ở khoảng cách vừa phải và không tương tác ở khoảng cách vô hạn (như đã chỉ ra ở Hình 1)

Cơ học thống kê và mô phỏng động lực học phân tử (molecular dynamics, MD) nghiên cứu thế Lennard-Jones và thu được các đặc tính nhiệt vật lý của 'chất Lennard-Jones'. Chất Lennard-Jones thường được gọi là 'Lennard-Jonesium', Hơn nữa, các thông số về năng lượng và độ dài có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhiều chất "thực" khác nhau. Cả thế năng Lennard-Jones và chất Lennard-Jones đều là những mô hình đơn giản nhưng mang tính thực tế, vì các khái niệm này nắm bắt chính xác các nguyên tắc vật lý thiết yếu như sự hiện diện của điểm tới hạn và điểm ba; sự ngưng tụ và sự đông đặc. Một phần do tính đơn giản về mặt toán học, thế năng Lennard-Jones đã được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về vật chất từ thời kỳ bình minh của ngành mô phỏng máy tính. Thế Lennard-Jones có lẽ là mô hình được nghiên cứu nhiều nhất.