Lennard-Jones
potansiyeli, iki küresel nonpolar molekül arasındaki etkileşimdir; iki
partikülün etkileşim enerjisinin, aralarındaki mesafeye bağımlılığını tanımlar.
Lennard-Jones
potansiyeli,
U(r) = 4e [(s/r)12 -
(s/r)6 ]
r = partiküllerin merkezleri arasındaki mesafe, e = potansiyel duvarı derinliği, s = enerji etkileşiminin sıfır
olduğumesafedir. Maddenin partiküllerini tanımlayan parametre,
rmin. = 21/6s olarak
verilir.
r > rmin. olduğunda, çekici kuvvetler itici
kuvvetlerden fazladır; yukarıdaki formülde (s/r)6
terimini karşılar. Çekicilik van der Waals kuvvetleri (indüklenmiş dipol-dipol
etkileşimi) nedeniyle doğar. Partiküllerin merkezleri arasındaki mesafe rmin.‘dan
küçük olduğunda (r < rmin.) itici kuvvetler çekiçi kuvvetleri
aşar; formülde (s/r)6
teriminiyle ifade edilir.
İki molekülün etkileşim potansiyelinin bu şekilde temsil
edilmesinin dezavantajı, partiküllerin kısa mesafelerde itilmesine neden olan
etkileşiminin gücünün sadece üstel kanun yaklaşımıyla açıklanmasıdır. Bununla
birlikte, potansiyelin üstel gösterimi bilgisayar hesaplamaları için
yararlıdır. Bu nedenle Lennard-Jones potansiyeli, maddenin davranışının sayısal
simülasyonlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Lennard-Jones potansiyeli,
kutupsuz küresel moleküllerin çift etkileşimini tanımladığından, diğer molekül
türleri için (küresel olmayan ve / veya daimi dipol momentleri olan) uygun
değildir.
Bazen sıvıların ve katıların simülasyonunda Lennard-Jones potansiyeli
kullanılır, ancak katı moleküllerin yüksek yoğunluklarda etkileşimi çift
etkileşim değildir, zira çevre molekülleri dikkate alınan partikülleri
etkilemeye başlarlar. Özellikle, katı fazdaki argon için üçlü etkileşimin
enerjiye katkısı yüzde 10'a ulaşabilir.
Bununla birlikte, üçlü etkileşimlerin hesabı çok
karmaşıktır, bu yüzden yoğunlaştırılmış ortamlar için, ortak yaklaşım,
parametrelerle ve nadir gazlar için olanlardan farklı olarak, belirli etkili
çift potansiyelini kullanmaktır.
Lennard-Jones potansiyelinin
tipik görünümü
