[拼音]:yeti jiegou moxing
[外文]:structural models of liquid
与无定形固体的结构特点类似,液体中存在着短程秩序,不存在长程秩序。在远低于临界温度的温度下,液体中每个原子周围的近邻分子的数目都有一个明确的平均值,称为配位数。此处的平均指的是三维空间上的平均和时间上的平均。液体中的原子有平动自由度,它可以不断地改变它的近邻。这一点与无定形固体有本质的不同。曾经为液体的结构提出了若干种模型。根据这些模型,用统计力学的方法可以计算出液体的各种性质。计算值与实验值的符合程度,即是模型优劣的评价标准。
伦纳德-琼斯和德文希尔模型一种很有影响的胞腔模型。胞腔的中心形成某种规则的格子,胞腔内含有一个可以独立运动的分子。该分子可以脱离胞腔运动至远处,但在绝大部分时间内留在胞腔中。一个分子在胞腔内自由移动时,其中心可达到的体积称为自由体积。胞腔内的分子是在周围分子形成的位能场中运动的。实际的位能场很复杂,且随时间而变。可以假设用一个平均位能场代替之,并进一步假设该位能场是一个对胞腔中心有圆球对称性的场。由这种模型算出的液体临界参数与几种液体的实验值符合得较好。
空穴模型假设一部分胞腔是空的,因而胞腔的数目将大于分子的数目,自由体积原则上将与近邻的空胞腔的比率有关。
隧道模型假设胞腔为细长管状,细管的直径与分子的尺寸同数量级,一个胞腔可以容纳一串分子,分子的运动可以分解为纵向与横向两个独立的成分。
后两种模型实际上是在伦纳德-琼斯和德文希尔模型基础上的改进。就其与液体性质的实验值符合程度而言,没有太大的改善。
有效结构模型对空穴模型的重要改进。这种模型中的空穴被看作是流动的空隙(见图)。
液体中一般位置上的分子,基本上在自己的平衡位置附近振动,而与空穴为邻的分子却有平动自由度。当它平动时,看起来似乎是空穴在朝相反方向运动。空穴的这种运动很类似于空气中分子的运动。与其他胞腔模型相比,有效结构模型所预言的液体性质与实验值符合得更好,应用范围也更宽。
参考书目
Y. Marcus,Introduction to Liquid State Chemistry, John Wiley & Sons,London,1977.
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