液體結構模型

液體結構模型

與無定形固體的結構特點類似,液體中存在著短程秩序,不存在長程秩序。在遠低於臨界溫度的溫度下,液體中每個原子周圍的近鄰分子的數目都有一個明確的平均值,稱為配位數。此處的平均指的是三維空間上的平均和時間上的平均。液體中的原子有平動自由度,它可以不斷地改變它的近鄰。這一點與無定形固體有本質的不同。曾經為液體的結構提出了若干種模型。根據這些模型,用統計力學的方法可以計算出液體的各種性質。計算值與實驗值的符合程度,即是模型優劣的評價標準

詞條簡介

與無定形固體的結構特點類似,液體中存在著短程秩序,不存在長程秩序。在遠低於臨界溫度的溫度下,液體中每個原子周圍的近鄰分子的數目都有一個明確的平均值,稱為配位數。此處的平均指的是三維空間上的平均和時間上的平均。液體中的原子有平動自由度,它可以不斷地改變它的近鄰。這一點與無定形固體有本質的不同。曾經為液體的結構提出了若干種模型。根據這些模型,用統計力學的方法可以計算出液體的各種性質。計算值與實驗值的符合程度,即是模型優劣的評價標準。
倫納德-瓊斯和德文希爾模型  一種很有影響的胞腔模型。胞腔的中心形成某種規則的格子,胞腔內含有一個可以獨立運動的分子。該分子可以脫離胞腔運動至遠處,但在絕大部分時間內留在胞腔中。一個分子在胞腔內自由移動時,其中心可達到的體積稱為自由體積。胞腔內的分子是在周圍分子形成的位能場中運動的。實際的位能場很複雜,且隨時間而變。可以假設用一個平均位能場代替之,並進一步假設該位能場是一個對胞腔中心有圓球對稱性的場。由這種模型算出的液體臨界參數與幾種液體的實驗值符合得較好。

類型

空穴模型

假設一部分胞腔是空的,因而胞腔的數目將大於分子的數目,自由體積原則上將與近鄰的空胞腔的比率有關。

隧道模型

液體結構模型 液體結構模型

假設胞腔為細長管狀,細管的直徑與分子的尺寸同數量級,一個胞腔可以容納一串分子,分子的運動可以分解為縱向與橫向兩個獨立的成分。
後兩種模型實際上是在倫納德-瓊斯和德文希爾模型基礎上的改進。就其與液體性質的實驗值符合程度而言,沒有太大的改善。
有效結構模型 對空穴模型的重要改進。這種模型中的空穴被看作是流動的空隙(見圖)。

液體中一般位置上的分子,基本上在自己的平衡位置附近振動,而與空穴為鄰的分子卻有平動自由度。當它平動時,看起來似乎是空穴在朝相反方向運動。空穴的這種運動很類似於空氣中分子的運動。與其他胞腔模型相比,有效結構模型所預言的液體性質與實驗值符合得更好,套用範圍也更寬。

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