Question : Energie potentiel, liaison chimique et stabilité du système

[dispatchh]

Bonjour,

Je suis en L2 de double licence chimie et biologie, et en expliquant à une amie de L1 ce que représentait une courbe de Morse et pourquoi l'énergie potentielle augmentait et diminuait selon la distance internucléaire, l'équilibre entre répulsion et attraction etc... je me suis rendu compte que je n'avais pas compris pourquoi c'était l'état (ici décrit par distance interatomique) caractérisé par une énergie potentielle minimum qui serait l'état le plus stable d'un système de plusieurs atomes en interaction et qui permettait la mise en place de liaisons chimiques.

J'explique ce qui m'a fait bugger : les profs utilisent souvent de façon interchangeable l'"énergie potentielle" et l'"énergie" du système, et même ne précisent pas pour les niveaux d'énergies des orbitales atomiques ou moléculaires si on parle d'énergie totale ou d'énergie potentielle (j'ai cru comprendre plutôt énergie potentielle). Et je comprends tout à fait qu'un état d'énergie totale plus basse du système soit plus stable qu'un état d'énergie totale plus haute, mais ça voudrait dire que le système perde de l'énergie en la transmettant à son environnement (conservation de l'énergie).

Ce que je comprends pas c'est pourquoi c'est la minimisation de l'énergie potentielle spécifiquement qui permettrait d'accroitre la stabilité du système et donc aboutir à la formation de liaisons chimiques: certes alors il y aura moins d'énergie susceptible de se convertir en d'autres formes d'énergie (surtout cinétique), mais si l'énergie du système est conservé, minimiser l'énergie potentielle reviendrait à maximiser l'énergie cinétique et je ne vois pas en quoi ce serait plus stable (intuitivement je dirais même que ça a l'air de déstabiliser le système).

Si la création de liaisons diminuait l'énergie totale des atomes participant aux liaisons, je comprendrais mais alors pourquoi se focaliserait-on sur l'énergie potentielle pour évaluer la stabilité du système, entrainant la formation de liaisons ?

Est-ce que quelqu'un pourrait m'éclairer sur ce point ?


J'espère que c'est compréhensible et je vous remercie de votre attention,
Dispatchh

PS : et voilà un exemple de courbe de Morse du même type qu'on nous donne en L1 : https://slidetodoc.com/presentation_...1/image-38.jpg
Bonne journée !
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[gts2]

Et je comprends tout à fait qu'un état d'énergie totale plus basse du système soit plus stable qu'un état d'énergie totale plus haute.

Non c'est bien l'énergie potentielle qui compte.

ça voudrait dire que le système perde de l'énergie en la transmettant à son environnement (conservation de l'énergie).

C'est bien cela : prenez une bille au sommet d'un bol ; pour atteindre l'équilibre au fond du bol, il va bien falloir qu'elle dissipe l'énergie excédentaire par frottement.

pourquoi c'est la minimisation de l'énergie potentielle spécifiquement qui permettrait d'accroitre la stabilité du système.

Peut-être que votre définition est un peu trop vague : la position d'équilibre (donc sans énergie cinétique) correspond au minimum d'énergie potentielle.
Or cette notion d'équilibre n'apparait nulle part dans votre raisonnement.

mais si l'énergie du système est conservé, minimiser l'énergie potentielle reviendrait à maximiser l'énergie cinétique et je ne vois pas en quoi ce serait plus stable (intuitivement je dirais même que ça a l'air de déstabiliser le système).

Là, clairement, vous oubliez le terme fondamental d'équilibre.

Si la création de liaisons diminuait l'énergie totale des atomes participant aux liaisons, je comprendrais mais alors pourquoi se focaliserait-on sur l'énergie potentielle pour évaluer la stabilité du système, entrainant la formation de liaisons ? ... voilà un exemple de courbe de Morse.

Prenons l'exemple de votre courbe de Morse et envisageons H + H -> H2 ; si cela a réellement lieu ainsi il se forme (très) transitoirement H2 qui disparait immédiatement. S'il y a un troisième corps susceptible de récupérer un peu d'énergie, on va former H2 excité, qui va tendre vers son état d'équilibre par désexcitation soit radiative (émission de photon) soit non (entre autres lors des chocs avec les autres molécules)

[Deedee81]

Salut,

EDIT j'ai mis trop longtemps à rédiger mildiou, croisement avec gts2. Mais explication assez différente et complémentaire, tant mieux.

C'est le la physique ça ou de la chimie-physique (pour une fois je sais répondre ici ).

Ce que je comprends pas c'est pourquoi c'est la minimisation de l'énergie potentielle spécifiquement qui permettrait d'accroitre la stabilité du système et donc aboutir à la formation de liaisons chimiques: certes alors il y aura moins d'énergie susceptible de se convertir en d'autres formes d'énergie (surtout cinétique), mais si l'énergie du système est conservé, minimiser l'énergie potentielle reviendrait à maximiser l'énergie cinétique et je ne vois pas en quoi ce serait plus stable (intuitivement je dirais même que ça a l'air de déstabiliser le système).

Il est clair que si on part d'une énergie élevée alors passer dans le bas du potentiel et convertir l'excès en énergie cinétique.... ne va rien changer. Une particule d'E trop grande venant de droite dans le diagramme de la courbe de Morse va juste repartir aussi facilement.

On a d'ailleurs quelque chose d'analogue quand l'énergie totale est plus faible mais pas minimale.
https://upload.wikimedia.org/wikiped...tential-fr.png

Dans ce cas on va avoir un oscillation dans la longueur de liaison, la molécule vibre. Et c'est comme souvent quantifié (c'est un puits potentiel) : état nu = 1, 2, 3.... dans le schéma ci-dessus

Par contre si l'excès d'énergie peut être évacué (sous forme de rayonnement, ou par communication des "chocs" aux molécules voisines donnant de la chaleur) alors l'ensemble peut tomber "au fond du puits" (état nu = 0, il y a un ch'tite vibration résiduelle) et c'est plus stable (puisqu'il faut plus d'énergie pour remonter le puits).

Donc, tu as raison, le but n'est pas d'atteindre juste l'énergie potentielle minimale. Il faut aussi évacuer l'excès d'énergie.

J'espère que c'est plus clair.

[dispatchh]

Merci beaucoup gst2 et Deedee81 !
La métaphore de la bille au fond du bol est vraiment géniale ! Je crois que j'ai bien compris maintenant.

Bonne journée

[A voir en vidéo sur Futura]