Sửa đổi Cơ học phân tử
Chú ý: Bạn chưa đăng nhập và địa chỉ IP của bạn sẽ hiển thị công khai khi lưu các sửa đổi.
Bạn có thể tham gia như người biên soạn chuyên nghiệp và lâu dài ở Bách khoa Toàn thư Việt Nam, bằng cách đăng ký và đăng nhập - IP của bạn sẽ không bị công khai và có thêm nhiều lợi ích khác.
Các sửa đổi có thể được lùi lại. Xin hãy kiểm tra phần so sánh bên dưới để xác nhận lại những gì bạn muốn làm, sau đó lưu thay đổi ở dưới để hoàn tất việc lùi lại sửa đổi.
Bản hiện tại | Nội dung bạn nhập | ||
Dòng 1: | Dòng 1: | ||
{{mới}} | {{mới}} | ||
+ | (A. molecular mechanics) (MM) | ||
Khái niệm MM hình thành từ những năm 40 của thế kỷ 20 khi xuất hiện những gợi ý đầu tiên về việc sử dụng một phương pháp mới để mô hình hóa các phân tử theo cách định lượng hơn dựa trên sự kết hợp của các tương tác cấu hình không gian và mô hình cơ học Newton. Với sự phát triển của phương pháp động lực phân tử MM có được những ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu các hệ thống phân tử có số lượng nguyên tử lớn và rất lớn. | Khái niệm MM hình thành từ những năm 40 của thế kỷ 20 khi xuất hiện những gợi ý đầu tiên về việc sử dụng một phương pháp mới để mô hình hóa các phân tử theo cách định lượng hơn dựa trên sự kết hợp của các tương tác cấu hình không gian và mô hình cơ học Newton. Với sự phát triển của phương pháp động lực phân tử MM có được những ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu các hệ thống phân tử có số lượng nguyên tử lớn và rất lớn. | ||
Dòng 8: | Dòng 9: | ||
Theo MM năng lượng của phân tử Ept được tính như là tổng của các tương tác lập thể và phi liên kết hiện có. Vì thế, mỗi độ dài liên kết, góc liên kết và nhị diện được xử lý riêng biệt trong khi các tương tác phi liên kết biểu diễn ảnh hưởng của các lực phi hoá trị. | Theo MM năng lượng của phân tử Ept được tính như là tổng của các tương tác lập thể và phi liên kết hiện có. Vì thế, mỗi độ dài liên kết, góc liên kết và nhị diện được xử lý riêng biệt trong khi các tương tác phi liên kết biểu diễn ảnh hưởng của các lực phi hoá trị. | ||
− | + | Ept = Elk + Eθ + Eω + Eplk | |
− | trong đó | + | trong đó Elk , Eθ, Eω, Eplk lần lượt là tổng các năng lượng kéo căng liên kết, năng lượng khép góc liên kết, năng lượng xoắn góc nhị diện và năng lượng phi liên kết. |
==Năng lượng kéo căng liên kết== | ==Năng lượng kéo căng liên kết== | ||
Dòng 16: | Dòng 17: | ||
Tính chất dao động đặc trưng của một liên kết giữa hai nguyên tử là gần với dao động điều hoà nhưng có xu hướng phân rã ở khoảng cách lớn. Mô tả chính xác nhất của lực kéo căng là hàm Morse: | Tính chất dao động đặc trưng của một liên kết giữa hai nguyên tử là gần với dao động điều hoà nhưng có xu hướng phân rã ở khoảng cách lớn. Mô tả chính xác nhất của lực kéo căng là hàm Morse: | ||
− | + | 2 l e 0 E D 1 exp((l l )) | |
trong đó l0 là độ dài liên kết cân bằng. De là năng lượng phân ly và cũng là hằng số lực. Tuy vậy, vì tính toán hàm exp cần nhiều thời gian máy tính nên nhiều khi người ta dùng thế điều hoà | trong đó l0 là độ dài liên kết cân bằng. De là năng lượng phân ly và cũng là hằng số lực. Tuy vậy, vì tính toán hàm exp cần nhiều thời gian máy tính nên nhiều khi người ta dùng thế điều hoà | ||
− | + | 2 0 E k (l l ) l l | |
− | + | kl là hằng số lực kéo căng mô tả sự biến dạng. Cách mô tả sự kéo căng liên kết cũng tương tự như kéo căng lò xo nên thế điều hòa không mô tả tính chất thực của liên kết. Vì thế đôi khi người ta bổ sung thêm một số hạng bậc 3 của khoảng cách (l-l0) vào để có thể mô tả phù hợp hơn với bản chất của liên kết. | |
− | + | 3 1 0 2 0 E k (l l ) k' (l l ) l l | |
==Năng lượng khép góc liên kết== | ==Năng lượng khép góc liên kết== | ||
Dòng 30: | Dòng 31: | ||
Năng lượng khép góc liên kết được xử lý theo cùng một cách với năng lượng kéo căng liên kết và thường được biểu diễn bằng một hàm điều hoà | Năng lượng khép góc liên kết được xử lý theo cùng một cách với năng lượng kéo căng liên kết và thường được biểu diễn bằng một hàm điều hoà | ||
− | + | 20( ) E k | |
− | trong đó k là hằng số lực, | + | trong đó k là hằng số lực, θ0 là giá trị cân bằng của góc liên kết. Biểu thức này cũng không đúng trong vùng góc liên kết lớn và vì vậy, người ta phải bổ sung thêm các số hạng bậc cao hơn. |
==Năng lượng xoắn góc nhị diện== | ==Năng lượng xoắn góc nhị diện== | ||
Dòng 38: | Dòng 39: | ||
Trong những tính toán trước đây người ta hay bỏ qua lực này và thay bằng tương tác phi liên kết khi tính toán sự khác biệt năng lượng giữa các cấu hình cis-trans. Sau này, người ta phải đưa vào số hạng góc nhị diện có dạng Fourier với những phân tử đơn giản | Trong những tính toán trước đây người ta hay bỏ qua lực này và thay bằng tương tác phi liên kết khi tính toán sự khác biệt năng lượng giữa các cấu hình cis-trans. Sau này, người ta phải đưa vào số hạng góc nhị diện có dạng Fourier với những phân tử đơn giản | ||
− | + | (1 cos ) E Vn s n | |
− | trong đó | + | trong đó Vn là chiều cao hàng rào năng lượng quay, n là bậc tuần hoàn quay (tức là với etan n=3 và eten n=2) s=1 với cực tiểu xen kẽ (stagger), s=-1 với các cực tiểu chồng lấn (eclipsed). Với các phân tử phức tạp sự quay dẫn đến thay đổi tính đối xứng của phân tử nên cần bổ sung thêm các số hạng Fourier khác, chẳng hạn như: |
− | + | (1 cos(3 )) 2 (1 cos(2 ) 2 (1 cos( )) 2 1 2 3 K K K | |
==Tương tác phi liên kết== | ==Tương tác phi liên kết== | ||
Dòng 50: | Dòng 51: | ||
Có nhiều dạng hàm khác nhau đã được sử dụng để biểu diễn tương tác van der Waals nhưng phổ biến nhất vẫn là tương tác Lennard-Jones 6-12. | Có nhiều dạng hàm khác nhau đã được sử dụng để biểu diễn tương tác van der Waals nhưng phổ biến nhất vẫn là tương tác Lennard-Jones 6-12. | ||
− | + | 12 6 E (r) 4 ( /r) ( /r) W LJ | |
− | Trong đó | + | Trong đó ɛ là độ sâu của giếng thế, σ là khoảng cách có năng lượng tương tác bằng 0. Lực đẩy có dạng r-12 và lực hút - khuyếch tán London - có dạng r-6. Ở khoảng cách ngắn lực đẩy thống trị. Thế L-J 6-12 được xếp vào loại thế tương tác có khoảng tác dụng gần. Các tham số thế L-J 6-12 phân biệt theo loại nguyên tử và được xác định từ thực nghiệm. Các tham số cho các cặp nguyên tử khác loại ɛij và rmij có thể được tính tương đối chính xác từ các tham số của các cặp nguyên tử cùng loại ɛii và rmii. ɛij là trung bình nhân của các tham số ɛii và ɛjj; rmij là trung bình cộng của các tham số rmii và rmjj. Trong quá trình tính toán hàm thế được cắt tại khoảng cách rc = (2.5÷3.5) rm.Vì vậy ta có thể viết: |
− | + | 0 ( ) *( ) k k k r r | |
− | trong đó | + | trong đó φk0=φk(rc). Khi tính toán các đại lượng nhiệt động thế φk0 được bổ sung trở lại. Một dạng khác của tương tác van der Waals vẫn giữ lực hút dưới dạng r-6 nhưng thay lực đẩy bằng dạng exponien A exp(-Br). Về cơ bản hàm này tương tự dạng của L-J6-12 ở vùng khoảng cách trung bình nhưng ở vùng cực ngắn r0 hàm thế có giá trị âm. Điều này không có ý nghĩa vật lý. |
Phần thứ hai của tương tác phi liên kết là tương tác tĩnh điện: | Phần thứ hai của tương tác phi liên kết là tương tác tĩnh điện: | ||
− | + | el qqE ji Drij / | |
− | trong đó D là hằng số điện môi, | + | trong đó D là hằng số điện môi, qi, qj là điện tích ion. |
Do tính chất đơn giản của nó mà MM có thể được sử dụng để nghiên cứu các hệ thống phân tử có kích thước và độ phức tạp từ các hệ thống sinh học nhỏ đến lớn hoặc các tổ hợp vật chất với hàng ngàn đến hàng triệu nguyên tử. | Do tính chất đơn giản của nó mà MM có thể được sử dụng để nghiên cứu các hệ thống phân tử có kích thước và độ phức tạp từ các hệ thống sinh học nhỏ đến lớn hoặc các tổ hợp vật chất với hàng ngàn đến hàng triệu nguyên tử. |