Interparticlevoimat

Interparticlevoimat ovat voimavaikutuksia, jotka vaikuttavat partikkelien, kuten atomien, molekyylien, ionien tai kolloidisten hiukkasten, välillä. Ne määräävät aineen rakennetta, faasin käyttäytymistä ja dynamiikkaa sekä pienissä että suurissa järjestelmissä, yleisesti sekä kemiallisessa sitoutumisessa että fysikaalisissa prosesseissa.

Voimat voidaan jakaa eri tavoin, mutta yleisimmin ne luokitellaan pitkän kantaman elektrostaattisiin vuorovaikutuksiin sekä lyhyen kantaman kemiallisiin sidoksiin ja kunnianhimoisiin epäjohdonmukaisiin vuorovaikutuksiin. Esimerkkejä ovat Coulombin sähköiset vuorovaikutukset varautuneiden hiukkasten välillä, van der Waals -voimat (dispersio- ja kytkeytyneet dipolit), sekä lyhyen kantaman sidokset kuten kovalenttiset, ioniset ja metalliset sidokset sekä vetysidokset. Paineessa ja lämpötilassa voimat voivat näyttäytyä sekä yksittäisinä että kollektiivisina ilmiöinä, kuten nestekidoksessa, kolloidien stabiilisuudessa ja faasin siirtymissä.

Voimien matematisessa käsittelyssä käytetään potentiaaleja, joista syntyvä voima on F(r) = -∇V(r). Tavallisia malleja ovat Coulombin potentiaali V(r) = k q1 q2 / r ja Lennard-Jones 12-6 -potentiaali V(r) = 4ε[(σ/r)^12 - (σ/r)^6], sekä Morse- tai Buckingham-potentiaalit. Interparticlevoimia mallinnetaan laajasti molekyylidynaamisessa simulaatiossa ja Monte Carlo -menetelmissä sekä koartehtaisissa malleissa.

Merkitys: niillä on keskeinen rooli materiaalien, kemiallisten reaktioiden ja biologisten järjestelmien rakenteen ja toimintojen ymmärtämisessä sekä ennustamisessa. Niitä käytetään myös suunniteltaessa uusia aineita ja nanoteknologiaa sekä selittämään kolloidi- ja nesteominaisuuksia.