分子模擬/倫納德-瓊斯勢

倫納德-瓊斯勢使用一個相對簡單的數學模型來描述兩個中性粒子的相互作用。兩個中性分子會受到基於它們相對距離和極化率的吸引力和排斥力的影響。這些力的總和產生了倫納德-瓊斯勢，如下所示

${\mathcal {V}}_{r}=4\varepsilon \left[\left({\frac {\sigma }{r}}\right)^{12}-\left({\frac {\sigma }{r}}\right)^{6}\right]=\varepsilon \left[\left({\frac {R_{min}}{r}}\right)^{12}-2\left({\frac {R_{min}}{r}}\right)^{6}\right]$

其中 ε 是勢阱深度，σ 是勢能等於零的距離（也是原子範德華半徑的兩倍），R_min 是勢能達到最小值的距離，即兩個粒子的平衡位置。該方程得到的曲線與鍵的勢能曲線非常相似。

泡利排斥

倫納德-瓊斯勢的第一部分是泡利排斥。當兩個閉殼原子或分子彼此接近時，它們的電子密度分佈會重疊，就會發生這種情況。這會導致高電子間排斥力，並且在極短距離處，會導致核間排斥力。這種排斥力遵循電子密度的指數分佈

${\mathcal {V}}_{rep}=Ae^{cr}$

其中 A 和 c 是常數，r 是分子間距離。然而，在液體中，兩個粒子處於高度排斥距離的可能性非常小，因此可以使用簡化的表示式，假設勢能具有 r^-12 依賴性（注意，這個高指數意味著排斥能隨著分子分離而非常快地下降）。得到的簡單多項式如下

${\mathcal {V}}(r)={\frac {C_{12}}{r^{12}}}$

其中 C₁₂ 係數定義為

$C_{12}=4\varepsilon \sigma ^{12}=\varepsilon R_{min}^{12}$

倫敦色散力

倫納德-瓊斯勢的第二部分被稱為倫敦色散力，或誘導偶極-偶極相互作用。雖然特定分子可能通常沒有偶極矩，但在任何特定時刻，它的電子可能不對稱分佈，從而產生瞬時偶極。這些瞬時偶極的強度，以及由此產生的吸引力的強度，取決於分子的極化率和電離勢。電離勢衡量外層電子被原子束縛的強度。分子極化率越高，其電子密度就越容易發生畸變，從而產生更大的瞬時偶極。與泡利排斥力非常類似，這種力也取決於係數 C₆，並且隨著分子彼此遠離而衰減。在這種情況下，依賴關係為 r^-6

<math\mathcal{V}(r) = \frac{-C_6}{r^6}</math>

$C_{6}={\frac {3}{2}}\alpha _{1}^{'}\alpha _{2}^{'}{\frac {I_{1}I_{2}}{I_{1}+I_{2}}}$