liaison de Van der Waals

[McNogard]

Bonjour à tous,
on a récemment étudiés la cohésion de la matière en physique (niveau première) mais mon prof ne savait pas trop comment fonctionnait la liaison de Van der Waals. j'ai donc fais quelques recherches mais j'ai trouvé des formules bien compliquées j'aimerais donc avoir quelques explications assez simples sur le sujet. je sais que ça fait appel à la physique quantique dans la configuration dipôle induit/dipôle induit, mais je n'ai pas trouvé d'explication et, si il n'y a pas de dipôle permanent, comment elles peuvent être polarisée les deux molécules?
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[LPFR]

Bonjour.
Vous ne trouverez pas d'explications simples. Les forces de Van der Waals, dérivent de l'énergie des orbitales "en contact". La forme des orbitales change et l'énergie peut augmenter ou diminuer suivants les cas.
On ne peut pas expliquer cela par une simple attraction ou répulsion électrostatique.
C'est similaire à la liaison covalente: pourquoi voulez-vous que deux atomes neutres s'attirent ? La raison est que le fait que les derniers électrons soient partagés (modification de la forme des orbitales) diminue l'énergie totale du système (suivant le cas et suivant les distances).
Au revoir.

[gatsu]

Salut,

Je ne suis pas tout à fait d'accord avec LPFR qui n'a raconté qu'une partie de l'histoire. Les forces de van der Waals usuelles sont associées comme tu l'indiques McNogard à des interactions électrostatiques entre les dipoles formés par chacun des atomes. La façon la plus simple d'imaginer ces dipoles est en imaginant que l'électron est attaché par un ressort "isotrope" au noyau de l'atome et que le ressort en question a une longueur d'équilibre qui est de l'ordre d'un rayon de Bohr pour l'atome d'hydrogène (le "isotrope" ici veut dire que que si la distance électron-noyau change dans n'importe quelle direction alors une force proportionnelle à ce déplacement va le ramener vers la distance d'équilibre).

Un atome isolé a en moyenne un moment dipolaire nul à cause de ce caractère "isotrope".

En revanche si deux atomes 1 et 2 sont à une distance finie (ce qui veut dire non infinie) l'un de l'autre alors les dipoles vont se mettre à se parler entre eux. En particulier, si l'électron de l' atome 1 fluctue en direction de l'atome 2, cela va repousser l'électron de l'atome 2 de telle sorte que le noyau de 2 soit la charge de l'atome 2 à être la plus près de l'électron 1. Comme le + et le - s'attirent on obtient en moyennant sur les fluctuations une interaction attractive à longue portée entre les atomes 1 et 2.

L'interaction que je viens de décrire s'appelle l'interaction de London. Il existe deux autres types d'interaction de van der Waals qui sont associées à des dipoles permanents qui se parlent via fluctuations thermiques, ce sont les interactions de Keesom et Debye.

Je pense que ce que LPFR mentionnait faisait plus référence à ce qu'il se passe lorsque deux atomes attirés par des interactions de van der Waals entrent en contact. Dans le cas où ils ne peuvent pas former de liaisons covalentes (c'est à dire qu'ils respectent la règle de l'octet...sauf pour les métaux mais bon), les nuages électroniques des atomes en question vont se repousser pour des raisons plus ou moins compliquées combinant des propriétés de mécanique quantique similaires à la formation d'une liaison covalente (sauf qu'ici ce sera plus une formation d'anti-liaison) et la répulsion électrostatique des nuages électroniques. Cela donne lieu à l'apparition d'une forte répulsion entre les deux atomes.

La combinaison de cette attraction d'origine dipolaire et de cette forte répulsion donne lieu à ce qu'on appelle une liaison de van der Waals.

Le vocabulaire est donc un peu subtil : l'interaction de van der Waals réfère communément a une interaction attractive à longue portée et la laison de van der Waals à la combinaison de cette attraction avec une forte répulsion à courte portée.

[McNogard]

chui pas sure d'avoir tout compris, mais merci en tout cas. mais si il y a attraction entre le nuage1 et le noyau2 et répulsion entre les deux nuages, c'est la répulsion qui l'emporte puisque les nuages sont plus proches l'un de l'autre que le nuage1 du noyau2 non? mais sauf que c'est une interaction qui maintient la cohésion de la matière, elle ne la disperse pas, alors pourquoi c'est la force attractive qui l'emporte?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gatsu]

chui pas sure d'avoir tout compris, mais merci en tout cas. mais si il y a attraction entre le nuage1 et le noyau2 et répulsion entre les deux nuages, c'est la répulsion qui l'emporte puisque les nuages sont plus proches l'un de l'autre que le nuage1 du noyau2 non? mais sauf que c'est une interaction qui maintient la cohésion de la matière, elle ne la disperse pas, alors pourquoi c'est la force attractive qui l'emporte?

Tu n'as pas encore vu ça mais l'interaction qui donne lieu à la liaison de van der Waals n'est pas toujours répulsive ou attractive. Elle est attractive jusqu'à une certaine distance (environ quelques Angstroms) et ensuite elle devient répulsive en dessous de cette distance; c'est ça qui donne lieu à la cohesion de la matière.

[McNogard]

et il y a une explication de cette attraction à distance qui se transforme en répulsion en se rapprochant que je pourrais comprendre ou pas?
parce que moi je connais que la loi de coulomb: F=K*q1*q2/d² mais je pense pas que ça me serve à grand chose dans le cas présent

[gatsu]

et il y a une explication de cette attraction à distance qui se transforme en répulsion en se rapprochant que je pourrais comprendre ou pas?
parce que moi je connais que la loi de coulomb: F=K*q1*q2/d² mais je pense pas que ça me serve à grand chose dans le cas présent

ba c'est le roman que je t'ai écrit dans mon premier message en fait...

Tu ne pourras probablement pas comprendre ça en détail avant quelques années j'en ai peur (même la version simplifiée dont je te parle avec des ressorts était mon sujet d'examen en master en mécanique quantique...et je l'ai pas vraiment réussi d'ailleurs).

[McNogard]

ok, ben merci beaucoup en tout cas, je comprend un peu mieux le concepts, même si ça reste encore un peu paradoxale pour moi. mais c'est mieux que rien, et comme mon prof ne le savait pas lui même