分子间作用力

高中化学可调节的 Lennard-Jones 中心、定向点偶极子和示意性的方向性吸引；沸点为独立参考数据

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关于此实验

拉开分子中心并转动它们的偶极子，同时测量成对能量和径向力。比较色散作用、偶极取向和方向性氢键示意图，但不要把成对势能当作体相沸腾模拟。

学习目标

区分短程排斥和较长程吸引。
说明偶极取向如何改变相互作用的符号。
将氢键的方向性与独立的正常沸点参考值进行比较。

使用方法

1使用非极性参照，找出伦纳德-琼斯能量的最小值。
2选择 HCl，比较偶极子首尾相接和并排排列的情况。
3选择水分子示意图，将一个分子旋转，使其远离定向吸引作用。
4改变模型相互作用的强度，并确认单独标注的参照沸点保持不变。

模型

U_{LJ} = 4 ϵ [(σ / r)^{12} - (σ / r)^{6}]

勒纳-琼斯势的最小值出现在σ乘以二的六次方根处。

U_{dd} = \frac{μ ^{2}}{4 π ϵ _{0} r ^{3}} [cos (θ_{1} - θ_{2}) - 3 cos θ_{1} cos θ_{2}]

两个偶极位于同一平面内，分子间距沿该平面的水平轴。

U_{H} f_{D} (θ) f_{A} (θ) = - D_{H} f_{D} (θ_{1}) f_{A} (θ_{2}) e^{- [(r - 2.9) /0.45]^{2}} = max (0, cos (θ - β), cos (θ + β))^{4} = max (0, cos θ)^{4}, β = 52.2 5^{\circ}

供体因子采用与偶极方向成52.25度的两个 O-H 方向中取向更佳的一个；受体因子采用其偶极角。这个高斯势阱仅用于示意，距离单位为埃。

假设

基于中心的组合相互作用并不是针对真实液体经过验证的力场。分子间距较小时，偶极近似会变得不准确。
定向势阱示意的是氢键的排列；它不是电子结构层面的氢键计算。角度是预先设定的，而不是在力矩作用下演变的。
正常沸点是 1 个大气压下独立的近似 NIST 参考值，不会根据修改后的成对参数重新计算。

在课堂上试试这个实验

Q1为什么强度相同的偶极子在一种取向下相互吸引，而在另一种取向下相互排斥？
Q2为什么单个成对势阱不足以计算液体的沸点？

常见问题

蓝色偶极箭头表示电子轨迹吗？

不是。它们表示所选分子偶极的方向。该模型不会对单个电子进行动画演示或解析。

禁用氢键项后会发生什么？

方向性能量贡献会消失，但色散、排斥以及任何点偶极贡献仍然存在。