إمكانات مي

يُعدّ جهد مي جهد تفاعل يصف التفاعلات بين الجسيمات على المستوى الذري. ويُستخدم في الغالب لوصف التفاعلات بين الجزيئات، ولكن في بعض الأحيان يُستخدم أيضًا لنمذجة التفاعلات داخل الجزيئات، أي الروابط.

سُمّي جهد مي نسبةً إلى الفيزيائي الألماني غوستاف مي ؛ ^{[ 1 ]} إلا أن تاريخ الجهود بين الجزيئية أكثر تعقيدًا. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} يُعدّ جهد مي الحالة المعممة لجهد لينارد-جونز (LJ) ، الذي يُعتبر ربما أكثر جهود الأزواج استخدامًا. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

إمكانات مي${\displaystyle V(r)}$هي وظيفة من${\displaystyle r}$، المسافة بين جسيمين، وتكتب على النحو التالي ^{[ 7 ]}

${\displaystyle V(r)=C\,\varepsilon \left[\left({\frac {\sigma }{r}}\right)^{n}-\left({\frac {\sigma }{r}}\right)^{m}\right],~~~~~~(1)}$

مع

${\displaystyle C={\frac {n}{nm}}\left({\frac {n}{m}}\right)^{\frac {m}{nm}}}$

بحيث يكون الحد الأدنى المحتمل${\displaystyle V_{min}=-\varepsilon }$.

يتوافق جهد لينارد-جونز مع الحالة الخاصة حيث${\textstyle n=12}$و$m=6$في المعادلة (1). في المعادلة (1)،${\displaystyle \varepsilon }$هي طاقة التشتت، و${\displaystyle \sigma }$يشير إلى المسافة التي${\displaystyle V=0}$، والذي يُطلق عليه أحيانًا اسم "نصف قطر التصادم". المعلمة${\textstyle \sigma }$يشير هذا عمومًا إلى حجم الجسيمات المشاركة في التصادم.${\textstyle n}$و${\textstyle m}$وصف شكل الجهد:${\textstyle n}$يصف طبيعة التنافر و${\textstyle m}$يصف طبيعة المعلم السياحي.

الأس الجذاب${\textstyle m=6}$يُبرر ذلك فيزيائيًا بقوة تشتت لندن ، ^{[ 4 ]} بينما لا يُعرف أي تبرير لقيمة معينة لمعامل التنافر. معامل انحدار التنافر${\textstyle n}$يؤثر بشكل كبير على نمذجة الخصائص المشتقة الديناميكية الحرارية، مثل الانضغاطية وسرعة الصوت . لذلك، يُعد جهد ماي جهدًا جزيئيًا أكثر مرونة من جهد لينارد-جونز الأبسط.

يُستخدم جهد مي اليوم في العديد من مجالات القوى في النمذجة الجزيئية . وعادةً ما يتم اختيار الأس الجاذب ليكون${\textstyle m=6}$، بينما يتم استخدام الأس التنافري كمعامل قابل للتعديل أثناء عملية ملاءمة النموذج.

أما بالنسبة لمادة لينارد-جونزيوم ، حيث توجد مادة نظرية تُعرَّف بجزيئات تتفاعل عبر جهد لينارد-جونز، فتوجد فئة من المواد تُعرف باسم مواد مي، وهي عبارة عن جزيئات كروية أحادية الموقع تتفاعل عبر جهد مي مُحدد. ونظرًا لوجود عدد لا نهائي من جهود مي (باستخدام قيم مختلفة للمعاملين n و m )، يوجد عدد مماثل من مواد مي، على عكس مادة لينارد-جونزيوم، التي تُعرَّف بشكل فريد. بالنسبة للتطبيقات العملية في نمذجة الجزيئات ، تُعد مواد مي ذات أهمية بالغة لنمذجة الجزيئات الصغيرة، مثل الغازات النبيلة ، ولنمذجة الحبيبات الخشنة ، حيث تُبسَّط بنية الجزيئات الأكبر حجمًا، أو حتى مجموعة من الجزيئات، وتُوصَف بجزيء مي واحد. مع ذلك، فقد نُظِّمت جزيئات أكثر تعقيدًا، مثل الألكانات طويلة السلسلة، بنجاح على أنها سلاسل متجانسة من جزيئات مي. ^{[ 8 ]} على هذا النحو، فإن جهد مي مفيد لنمذجة أنظمة أكثر تعقيدًا بكثير من تلك التي يتم التقاط سلوكها بدقة بواسطة جسيمات مي "الحرة".

حظيت الخصائص الفيزيائية الحرارية لكل من سائل مي والجزيئات المتسلسلة المبنية من جسيمات مي باهتمام العديد من الأبحاث في السنوات الأخيرة. وشملت الخصائص المدروسة معاملات فيريال ^{[ 9 ]} ، والخصائص البينية ^{[ 10 ]} ، وتوازن البخار والسائل ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} ، وخصائص النقل ^{[ 15 ]} . وبناءً على هذه الدراسات، تم توضيح العلاقة بين شكل جهد التفاعل (الموصوف بـ n و m ) والخصائص الفيزيائية الحرارية.

كما تم تطوير العديد من النماذج النظرية (التحليلية) لوصف الخصائص الفيزيائية الحرارية لمواد مي والجزيئات المتسلسلة المتكونة من جسيمات مي، مثل العديد من معادلات الحالة الديناميكية الحرارية ^{[ 8 ] [ 16 ] [ 17 ]} ونماذج خصائص النقل. ^{[ 18 ]}

لوحظ أن العديد من تركيبات (${\displaystyle n,m}$يمكن أن ينتج عن ذلك سلوك طوري مماثل ، ^{[ 19 ]} وأن هذا الانحلال يتم التقاطه بواسطة المعامل

${\displaystyle \alpha =C\left[{\frac {1}{m-3}}-{\frac {1}{n-3}}\right]}$،

حيث السوائل ذات الأسس المختلفة، ولكن بنفس الشكل${\displaystyle \alpha }$سيُظهر المعامل نفس سلوك الطور. ^{[ 19 ]}

نظرًا لمرونته، يُعدّ جهد مي خيارًا شائعًا لنمذجة السوائل الحقيقية في مجالات القوى. ويُستخدم كجهد تفاعل في العديد من النماذج الجزيئية اليوم. وتعتمد العديد من مجالات القوى القابلة للنقل ذات الذرات الموحدة (الموثوقة) على جهد مي، مثل ذلك الذي طوره بوتوف وزملاؤه. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} كما استُخدم جهد مي في نمذجة الحبيبات الخشنة. ^{[ 23 ]} وتتوفر أدوات إلكترونية لبناء نماذج مجال قوى مي لكل من مجالات القوى ذات الذرات الموحدة ومجالات القوى القابلة للنقل. ^{[ 24 ] [ 23 ]} كما استُخدم جهد مي لنمذجة الجزيئات الكروية الصغيرة (أي مادة مي مباشرةً - انظر أعلاه). يعرض الجدول أدناه بعض الأمثلة، حيث تحتوي النماذج الجزيئية فيه على معلمات جهد مي نفسه فقط.

النوع	${\displaystyle \sigma }$[Å]	${\displaystyle \varepsilon }$[${\displaystyle k_{B}K}$]	${\displaystyle n}$[ – ]	${\displaystyle m}$[ – ]	المرجع.
${\displaystyle {\ce {Ar}}}$	3.404	117.84	12.085	6.0	[ 25 ]
${\displaystyle {\ce {CH_4}}}$	3.7412	153.36	12.65	6.0	[ 26 ]
${\displaystyle {\ce {H_2}}}$	3.2574	17.931	8.0	6.0	[ 27 ]
${\displaystyle {\ce {He}}}$	3.3530	4.44	14.84	6.0	[ 27 ]
${\displaystyle {\ce {Kr}}}$	3.645	176.10	14.0	6.0	[ 28 ]
${\displaystyle {\ce {N_2}}}$	3.609	105.79	14.08	6.0	[ 29 ]
${\displaystyle {\ce {O_2}}}$	3.46	118.0	12.0	6.0	[ 30 ]