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mydow123銅蟲 (初入文壇)
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[求助]
關(guān)于不可混溶組分的分子間作用力
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本人非物理相關(guān)專業(yè)，基礎(chǔ)比較差，有個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題請(qǐng)教各位： 現(xiàn)有兩種不可混溶組分的液體--水和柴油，將兩者摻混后會(huì)發(fā)生組分分離，比如將兩者倒入燒杯會(huì)發(fā)生分層。然而，如果一個(gè)水和柴油的液滴碰撞后，兩者有可能會(huì)聚合成一個(gè)大液滴（如圖所示），當(dāng)然兩種組分在新產(chǎn)生的大液滴中不會(huì)摻混，但形成的大液滴不會(huì)因?yàn)閮煞N組分的排斥再發(fā)生破碎。 對(duì)于單組分分子而言，分子間作用力是遠(yuǎn)距離吸引力-近距離斥力，請(qǐng)問(wèn)不同組分之間的分子間作用力是什么樣的呢？是比單組分之間的引力弱呢，還是斥力強(qiáng)呢，還是其他情形呢？ |
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ChemiAndy
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zh1987hs(金幣+8): 謝謝 2011-06-24 08:43:46
zh1987hs(金幣+8): 謝謝 2011-06-24 08:43:46
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1.要想模擬相分離，僅作能量最小化是不行的。要做MD或MC，讓分子動(dòng)起來(lái)，分子才有可能分離或混合。 2. 你說(shuō)的問(wèn)題涉及到兩個(gè)基本問(wèn)題， 第一個(gè)問(wèn)題是溶不溶的問(wèn)題，即你的體系是傾向于待在分離態(tài)，還是待在混合態(tài)。這個(gè)是熱力學(xué)問(wèn)題。熱力學(xué)說(shuō)，體系待在某個(gè)狀態(tài)的概率是由該狀態(tài)的自由能決定的。哪個(gè)狀態(tài)自由能低，體系待在那個(gè)狀態(tài)的傾向就大。（摩爾自由能稱為化學(xué)勢(shì)，化學(xué)勢(shì)的高低決定體系是否能從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一個(gè)狀態(tài)。） 第二個(gè)問(wèn)題是，假設(shè)你搭了個(gè)盒子跑MD，那么你的模擬能不能看到相分離或相混合的問(wèn)題。這個(gè)是動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。動(dòng)力學(xué)過(guò)程所需的時(shí)間，是由兩種狀態(tài)之間的自由能壘決定的。也就是說(shuō)，假定你的體系會(huì)自動(dòng)向另外一個(gè)狀態(tài)演進(jìn)，那么它所需的時(shí)間取決于這個(gè)過(guò)程所要翻越的自由能壘。（阿倫尼烏斯公式）問(wèn)題是，這個(gè)過(guò)程可能需要很長(zhǎng)的時(shí)間，比如毫秒級(jí)，或者很快。動(dòng)力學(xué)能壘很大程度取決于你的盒子的初始構(gòu)型。也就是說(shuō)，如果體系傾向于混合，而你搭的盒子也是混合分子構(gòu)型，那么體系很快落入到混合態(tài)。如果你的體系傾向于分離，而你搭了個(gè)混合構(gòu)型的盒子，恰好自由能壘很大，那么可能你的模擬一直都看不到相分離。你還誤以為體系傾向于混合呢。一句話，動(dòng)力學(xué)模擬相分離有很大的不確定性。 這正是為什么我們不會(huì)用跑MD的方法來(lái)考察溶不溶的原因。而是采用Widom插入法。Widom插入法嚴(yán)格地基于熱力學(xué)定義的溶劑化自由能。 |
9樓2011-06-24 06:09:46
ChemiAndy
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【答案】應(yīng)助回帖
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zh1987hs(金幣+8): 謝謝 2011-06-17 10:14:14
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首先，對(duì)于任意兩個(gè)中性分子，其作用曲線（勢(shì)能曲線）都是相同的，和你說(shuō)的單組分分子間作用的曲線形狀類似，都是近了排斥，遠(yuǎn)了吸引。只有2個(gè)同號(hào)的離子才會(huì)是始終排斥。 那么，互不溶組分混合為什么會(huì)分成兩個(gè)液滴呢？化學(xué)熱力學(xué)告訴我們，相分離并非由于組分相互排斥，而是由于總自由能比混合時(shí)更低。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子即可知道，比如A, B組分。A-A作用能-5kcal/mol B-B間作用能-4kcal/mol 但A-B間作用能-3kcal/mol，這樣，體系就不采取A-B-A-B這樣的方式混合了，而是采取A-A-B-B。你可以算算，相分離后體系總勢(shì)能最低。 需要提醒的是，體系相分離并非由焓H(H=U+kT, 勢(shì)能加動(dòng)能)單一決定的，熵能(-TΔS)也起作用。他們的和就是自由能ΔG=ΔH-TΔS。如果相分離后自由能降低的話，相分離就會(huì)自動(dòng)發(fā)生。在你這個(gè)油水分離這個(gè)過(guò)程中，其實(shí)熵是減小的，但由于焓的勢(shì)能部分降的很大，所以總自由能還是降低的。所以分離會(huì)自動(dòng)發(fā)生。 |
2樓2011-06-17 10:01:04
mydow123
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3樓2011-06-17 11:13:31
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