charges partielles et interactions de Van Der Waals

[pcpc]

Bonjour à tous, j’aimerais avoir quelques précisions concernant la cohésion de la matière …

D'après mes ouvrages, il est indiqué :
Les liaisons dipôle-dipôle n'interviennent que dans le cas de molécules polaires.
La cohésion d’un solide moléculaire est due aux interactions de van der waals (VDW) qui sont toujours présentes et aux liaisons H lorsqu’elles existent.

Je ne comprends pas deux choses :
1/ Concernant les molécules d’eau, quand on voit leur disposition, il semble que la cohésion ne s’explique que par les liaisons H. Donc pourquoi dit-on que les interactions de VDW sont toujours présentes ? Dans l’eau, je n’arrive pas à le voir ... dans les livres, les interactions de VDW semblent se créer entre les pôles + et - des molécules polaires voisines, or, si on regarde le barycentre des charges partielles + (noté G+) il se situe au centre des 2 hydrogène, or, l’atome de O d’une molécule d’eau voisine ne se placera pas au niveau de G+ mais vraiment au niveau du H …


2/ Finalement, pourquoi faut-il que la molécule soit polaire pour qu’il y ait des Interactions dipôles-dipôles attractives entre charges partielles opposées ? Par exemple pour CO2 (molécule apolaire), on pourrait penser que les atomes d’O, porteurs d’une charge partielle < 0 se placeraient en face d’atomes de C de molécules voisines puisque C est porteur δ+.
Je ne comprends pas en quoi le fait que G+ et G- soient superposés empêche ces interactions électriques entre charges partielles opposées de molécules voisines …

Merci d’avance pour vos réponses !
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[Resartus]

Bonjour,
S'il est bien écrit tel que cité, votre livre se trompe : Il y a aussi des forces attractives entre molécules qui ne sont pas polaires isolément, parce que, en se rapprochant, les deux molécules vont se polariser mutuellement. C'est l'interaction dipole induit/dipole induit

Pour être plus précis, il y a trois de types de forces de Van der Waals : celle entre dipôles permanents (force de Keesom), celle entre dipole permanent et dipole induit (force de Debye), et celle entre dipôles induits (force de London). Et il est vrai que la première, quand elle existe, est la plus forte.

Mais elle est quand même nettement plus faible que les liaisons hydrogènes. Quand celles-ci sont possibles, on peut alors négliger celles de Van der Waals


L'autre point que vous soulevez est également vrai : il existe des forces attractives entre molécules qui ont des charges partielles , bien que leur moment dipolaire soit nul, comme le CO2 par exemple. Mais on se rend compte (vous pouvez essayer de faire le calcul, en prenant trois charges alignées + 2- + de chaque coté) que ces interactions (qui sont alors des forces entre moments quadrupolaires) sont encore plus faibles, et qu'elles diminuent encore plus vite avec la distance que les forces de van der Waals (de London, dans ce cas). Elles sont donc toujours négligeables devant celles-ci

[pcpc]

Bonjour Resartus, merci pour votre réponse notamment à ma seconde question ; comme ce n'était mentionné nulle part, je m'étonnais que cela n'existe pas ; en effet, les interactions entre moments quadrupolaires sont plus faibles que celles de VDW en 1/r-7.
Est-ce que cela se généralise, c'est-à-dire est-ce que toutes les interactions entre charges partielles sont très faibles dans le cas de molécules apolaires ?
Sinon, dans le cas de la molécule d'eau, s'il n'y avait pas de liaisons H, comment seraient-elles orientées ? avec les G+ et les G- de molécules voisines face à face ?
encore merci !

[Resartus]

Bonjour,
Il n'y a pas beaucoup d'exemples où les interactions quadrupolaires ont un rôle prépondérant. Le site ci-joint en donne quelques uns.
https://en.wikibooks.org/wiki/Molecu...e_Interactions
Ceci dit, elles peuvent quand même intervenir dans les calculs pour modifier la valeur et l'orientation due aux autres interactions et changer légèrement les angles de l'optimum énergétique.

Pour les rôles respectifs VdW/hydrogène , vous avez peut-être dans vos manuels ce qui se passe dans la série classique H2O,H2S, H2se, H2Te. Le cristal H2Te est presque exclusivement Keesom, et les liaisons hydrogène commencent très marginalement avec Se, un peu plus avec S....

Mais on ne peut pas déduire la structure d'un cristal (ou a fortiori d'un liquide) seulement avec l'optimum des forces de Van Der Waals, car l'encombrement stérique va jouer un rôle très important, et d'autant plus que la pression va augmenter (ces molécules ont jusqu'à une dizaine de phases solides de structures différentes).
Il faudrait idéalement étudier les positions d'équilibre de dimères en phase vapeur. mais je n'ai pas le courage de fouiller internet pour trouver des références….

Sinon, en effet, l'attraction entre dipôles est la plus forte quand ils sont alignés. Et pour des contacts latéraux, l'optimum est qu'ils soient tête bêche

[A voir en vidéo sur Futura]

[pcpc]

merci pour ces précisions. C'est en effet plus compliqué que ça en a l'air.
Si je reprends pour résumer :
-Pour les molécules apolaires, les interactions électriques entre charges partielles existent mais sont le plus souvent négligeables devant les interactions entre dipôles induits
-pour les molécules polaires diatomiques, c 'est facile à comprendre, les pôles opposés de chaque dipôle se faisant face.
-Le cas de l'eau est plus compliqué à comprendre je trouve ; c'est une molécule polaire qui constitue donc un dipôle permanent mais au final, l'orientation des molécules ne se fait pas en suivant l'interaction électrique à savoir G+ et G- de 2 molécules différentes en face ; du coup, la géométrie du cristal glace est une combinaison de 2 facteurs, à savoir liaison H entre H et O et encombrement stérique. J'espère n'avoir pas trop dit de bêtises