ある温度における分子（原子）の運動

2020.12.27

PirikaでSTEAM>デジタル分子模型で見る化学結合>　4. 明確な化学結合が無いガラスなどの、動径分布を見ることができる。

試しにこれらのページで電子書籍を作ってみました。
epub3のビュアーを持っているなら試してみるのも良いでしょう。

2章の分子集合体と3章の電荷計算を組み合わせてMD計算のソフトも作ってみました。
しかし、この計算は非常に重い計算になります。
計算速度が十分な環境をお使いの場合には、こちらのページへお進みください。
SiO2とAl2O3を50：50 でシミュレーションすると、次のようになりました。

基本として、原子は1/2mv² の運動エネルギーを持っています。
温度にしたがって原子の運動速度vはある分布を持って運動します。
原子量mは使う元素で定まっています。
原子同士が衝突した場合は完全弾性衝突とします。

それだけだと、原子が集まってこないので、引力としてQeQで計算した電荷を用います。
ある時間、動かした後、新しい位置でQeQ電荷計算を行い、+電荷と-電荷の間に引力、同じ電荷同士に斥力を与えます。

そのような単純なルールで原子を動かしてみると、ある程度規則正しく原子が集まり始めます。
Siに対しては平均２個の酸素が、Al２個に対しては平均３個の酸素が周りにいるのですが、中和し切れていない原子が、クラスターを振り切って逃げて行ったりします。

Si-O, Al-Oの共有結合の長さは決まっています。
しかし、実際には、絶対０度でない限り、原子は振動しているので、結合長は分布を持つはずです。そうしたものを、動径分布と言います。

「こういう教材を作りたいので、pirikaのアプリを使いたい」と言うご要望がありましたら、メールを頂ければ幸いです。