Interactions de type van der Waals
Forces de van der Waals
Forces répulsives = résultent du recouvrement des orbitales électroniques lorsque les molécules se rapprochent à très courtes distances :
Une forme mathématique en A/rn le plus souvent ou en exp(-r/A) (justifié par calculs quantiques).
Forces attractives:
les forces de polarisation entre charges induites . ex dipôle mobile + molécule non chargée. C'est le terme de Debye en 1/r6 de van der Waals. énergie faible < kBT.
les forces dipolaires : deux dipôles mobiles. C'est le terme de Keesom en 1/r6 de van der Waals. énergie faible < kBT.
les forces de dispersion entre dipôles induits et instantanés par fluctuations de la densité électronique. Dites de "dispersion", ce sont elles qui assurent la cohésion. Cette interaction est la contribution la plus importante des forces attractives. C'est le terme de London en 1/r6 de van der Waals. Si l'on considère qu'il se crée aussi des quadrupôles, il faut alors ajouter des termes en 1/r8 et 1/r10. énergie moyenne quelques kBT.
les forces d'association interactions attractives → liaisons hydrogène. parfois implicites, parfois explicites. Termes en 1/r8 et 1/r10.
Le tableau ci-dessous résume les caractéristiques de diverses interactions. k représente la constante de Boltzmann, T la température absolue, mu moment dipolaire, α la polarisabilité, h la constante de Plank (6,626 x 10-34 J.s), ze la charge et nu la fréquence de fluctuation. Les
La table et la figure dessous décrivent les proportions des différentes forces attractives dans différentes molécules et leur portée
Un peu d'histoire sur le potentiel répulsif
Concernant la forme en 1 rn du terme répulsif, Born et Landé[1] proposèrent n = 9 en 1918 ; tandis que Lennard Jones[2] choisit n= 12 dans son fameux potentiel 12-6. Mais des calculs quantiques indiquèrent que cette forme en r-nrestait imprécise et Born Mayer[3] suggérèrent en 1932 une expression en exponentielle : exp(-r/A), reprise plus tard par Buckingham[4] en 1938 dans son potentiel exp-6.
