Liquide

[invitec3f4db3a]

Bonjours a tous
Je voulais savoir , la structure des liquides est elle du a la force éléctromagnetique ?
( Pourquoi dans sous apesanteur un liquide reste rond et ne devient pas un gaz par exemple )

Merci beaucoup
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[invite88ef51f0]

Salut,
Ca dépend de ce que tu appelles "électromagnétique"... Les forces de cohésion dans les liquides (et aussi un peu les gaz) sont les forces de van der Waals. Ces forces sont de types électrostatiques (comme deux charges qui s'attirent) et regroupent différents types de forces (Keesom, London, Debye). Mais à moins que tu ne saches ce qu'est un dipôle électrostatique, je préfère ne pas trop rentrer dans les détails...
Soit dit en passant, les forces de VdW varient en 1/r⁶ et sont donc de courte portée.

[invite761210000]

Bonsoir,

Soit dit en passant, les forces de VdW varient en 1/r⁶ et sont donc de courte portée.

C'est l'énergie potentielle qui est en -1/r⁶, la force est en -1/r⁷.

[invite88ef51f0]

Effectivement... merci, Dick, de m'avoir repris !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec913303f]

Hen, sa sa me surprend, quelqu'un peut t'il m'expliquer comment cette force diminue t'elle en 1/r^7

Merci encore
Flo

[invitec3f4db3a]

Quel est l'origine de cette force electro-statique , j'aurais été tenté de dire la polarité des molecule d'eau , mais ca me semble si négligeable que j'hesite

[invite79a98872]

C'est ça, par exemple dans l'eau qui est comme tu l'as dit une molécule polaire (l'oxygène attire plus les électrons vers lui que les atomes d'hydrogène). Dans ce cas les barycentres de charges positives et négatives ne correspondent plus. On forme alors un dipôle qui peut être représenté par un segment avec une charge positive à une extrémité et une négative à l'autre. Tous ces petits dipôles (les molécules) ont des interactions électrostatiques (cela concerne bien des charges électriques) entre eux. Ce n'est pas négligeable car les distances intermoléculaires sont faibles.

Bon j'espère n'avoir pas été trop compliqué.

[invite88ef51f0]

Ok, vous l'aurez voulu ! Je vais tenter de vous expliquer, na !
Pour commencer, je vais définir ce qu'est un dipôle électrostatique : si on prend une charge +q et une charge -q, qu'on les place juste à côté et qu'on regarde de loin, on obtient un dipôle électrostatique. Le potentiel créé par un dipôle est en 1/r² contrairement à celui créé par une charge seule (en 1/r) car de loin, les deux charges se compensent presque, donc le potentiel paraît plus faible ( )
Les atomes ont une affinité plus ou moins grande pour les électrons (c'est ce qu'on appelle l'électronégativité). Par exemple, l'atome d'oxygène de l'eau attire plus les électrons que les atomes d'hydrogène. On a donc une charge partielle -2 sur l'oxygène, et des charges partielles + sur chaque hydrogène. Donc, la molécule d'eau est un dipôle électrostatique.
Or deux dipôles s'attirent, donc il existe une force de type dipôle-dipôle entre les molécules d'eau, c'est ce qu'on appelle l'interaction de Keesom.
Mais toutes les molécules n'ont pas des charges partielles par-ci par-là (on dit qu'elles sont apolaires). Mais en soumettant la molécule à un champ électrique, on peut faire bouger un peu les électrons et transformer notre molécule apolaire en dipôle (on parle de polarisabilité). Ainsi, une molécule polaire (dipôle) crée un champ et peut polariser une molécule apolaire qui passait dans le coin et la transformer en dipôle induit. On a alors une interaction dipôle-dipôle induit, appelée interaction de Debye.
Mais, me direz-vous, que se passe-t-il si on n'a aucune molécule polaire pour induire des champs ? Par exemple, pour le dihydrogène, les deux atomes sont pareils et donc la molécule n'a aucune raison d'être polaire (pourquoi les électrons iraient sur un atome plutôt qu'un autre ?) et pourtant le H₂ liquide existe. Il faut alors faire appel à la physique quantique (mais pas trop quand même) qui nous dit que les nuages électroniques sont toujours en mouvement, et que les centres des différents électroniques de la molécule ne sont pas à un instant donné bien placés. On a donc des dipôles induits instantanés. On a alors une interaction dipôle induit-dipôle induit, appellée interaction de London. Il s'avère que, de manière assez surprenante, il s'agit généralement de l'interaction principale.

Le terme de force de van der Waals regroupe ces trois interactions.

Voilà, je vous avais prévenu...
Et si vous êtes pas sages, je vous donnes les expressions des énergies pour les différentes interactions !

[invitec3f4db3a]

Oui je veux bien .
Question , deux liquides ne sont pas missible a cause de la polarisation des liquides ?
Tous les liquides sont donc forcement composé de molecule polaire ( induite ou non induite d'ailleur )?

[invitec913303f]

Citation: "Le potentiel créé par un dipôle est en 1/r² contrairement à celui créé par une charge seule (en 1/r)"

Ah bon, l'intensitée du champ d'une charge diminue en 1/r ??? Je croyai que c'étai 1/r² d'ou vien mon éreur?

Merci encore.
Floris

[zoup1]

C'est l'énergie potentielle d'interaction qui varie en 1/r alors que le champ de force varie en 1/r² pour une charge seule.

pour un dipôle l'énergie potentielle d'interaction varie en 1/r² ce qui veut dire que la force varie en 1/r³

pour van der Waals l'énergie potentielle d'interaction varie en 1/r⁶ ce qui veut dire que la force varie en 1/r⁷

[invite88ef51f0]

Je me suis d'ailleurs fait reprendre par Dick sur cette confusion... La force est la dérivée de l'énergie par rapport à r (dans le cas simple où ça ne dépend que de r)

Pour Charly :
Keesom : (avec le moment dipôlaire de chacun des dipôles, la permittivité électrique,
la constante de Boltzmann)
Debye : (avec la polarisabilité)
London : (en considérant les atomes comme deux oscillateurs harmoniques quantiques couplés de niveau d'énergie minimal )
Ca, c'est pour les cas simples, mais il y a des cas plus compliqués possibles (ion-dipôle, etc...)

deux liquides ne sont pas missible a cause de la polarisation des liquides ?

En gros, oui... Par exemple, l'huile est composée de longues chaînes carbonées et est donc apolaire, contrairement à l'eau qui est particulièrement polaire. Donc l'huile et l'eau ne s'aiment pas...

[invitee16ff47e]

Coincoin, je crois qu'on ne parle de forces de Van der Waals que pour des molécules qui n'ont pas de dipôle permanent, puisque ce sont des interactions entre dipôles induits.

Quel est l'origine de cette force electro-statique , j'aurais été tenté de dire la polarité des molecule d'eau , mais ca me semble si négligeable que j'hesite

N'hésite pas, je crois que c'est cette polarité qui fait qu'on a une interaction qui est beaucoup plus forte que l'interaction de Van der Waals dans le cas de l'eau. C'est ce qu'on appelle la liaison hydrogène. (j'ai bon ?)

C'est vrai qu'on parle toujours de forces de Van der Waals pour les interactions entre molécules mais pourtant ça ne doit pas être exceptionnel les molécules polaires, a priori ça devrait même être plutôt la règle, donc il y a quelque chose qui m'échappe.

[invite88ef51f0]

Coincoin, je crois qu'on ne parle de forces de Van der Waals que pour des molécules qui n'ont pas de dipôle permanent, puisque ce sont des interactions entre dipôles induits.

Et bien moi je ne crois pas...

C'est ce qu'on appelle la liaison hydrogène. (j'ai bon ?)

Effectivement, c'est ça. La liaison hydrogène se crée quand on a un atome d'hydrogène avec une charge partielle + et un gros atome électronégatif -. L'atome d'hydrogène d'une molécule est attiré par le gros atome d'une autre... Mais ce n'est qu'une forme de l'interaction de Keesom (dipôle-dipôle)
Pour se donner des ordres de grandeur : pour un truc totalement apolaire (genre un gaz monoatomique), l'interaction de London correspond à 100% des forces de VdW, pour un truc plutôt polaire (Ch₃Cl), Keesom participe à hauteur de 24%, Debye 8% et London 68%, pour un truc très polaire comme l'eau : Keesom 69%, Debye 7% et London 24%.

[invitee16ff47e]

Et bien moi je ne crois pas...

Merci pour ces précisions coincoin, je veux bien qu'on appelle tout ce petit monde Van der Waals, mais pourtant pour trouver la formule en 1/r6 ce n'est pas pour un dipôle permanent, c'est pour un dipôle induit, ce que tu appelles interaction de London; donc toutes les forces de Van der Waals ne sont pas en 1/r6? ze veux comprendre

[invitec913303f]

Bonjour, mais dites moi, ici dans ce phénomène il s'agit bien d'un champ électrostatique si je m'abuse non?

Ce que je me demande, c'est dout vienne les termes dans la relation suivante:

Que signifie physiquement les termes ataché à la constante: avec vraiment désolé si j'ai du mal!!!

Merci bien.
Floris

[invite88ef51f0]

mais pourtant pour trouver la formule en 1/r6 ce n'est pas pour un dipôle permanent

Ok... je vois ce qui te pose problème... Pour deux dipôles immoblies, on a une interaction en 1/r³ et non 1/r⁶, mais là il ne faut pas considérer des dipôles immobiles mais en rotation thermique, tant et si bien qu'après des calculs que je ne connais pas (il faut faire une moyenne pondérée par le facteur de Boltzmann), on tombe sur du 1/r⁶...

[invite88ef51f0]

> Floris : le terme en correspond à ce que tu dois connaître de l'électrostatique : est la permitivité et caractérise l'intensité des champs électriques dans le milieu, le terme en correspond à l'énergie thermique (car comme je l'ai dit (de manière compliquée) dans le message précédent, la température fait que les dipôles peuvent prendre différentes orientations, et pas forcément la plus stable)

[invitee16ff47e]

Oui coincoin c'était exactement ça mon problème. Mais effectivement, je veux bien comprendre qu'une rotation de la molécule dans son ensemble produise le même effet que la rotation des électrons autour de l'atome. Pour le 1/r6 c'est facile à retrouver je pense. Entre un dipole P et un dipole P' on a du PP'/r3, donc le 1/r6 vient du fait que le dipôle induit par un atome sur l'autre est lui-même en 1/r3, ce qui me paraît naturel vu que c'est la loi de variation de la force exercée, et le déplacement (qui produit le dipôle induit) doit bien être proportionnel à la force.

[invite88ef51f0]

Le raisonnement que tu fais marche pour une interaction dipôle-dipôle induit (Debye) et effectivement c'est tout à fait ça.
Mais le 1/r⁶ marche aussi pour deux dipôles permanents, c'est simplement que le champ est en 1/r³ a priori mais tu dois moyenner les différentes orientations possibles en pondérant par le facteur de Boltzmann qui dépend de l'énergie et donc de r... Et là, j'avoue que c'est loin d'être trivial, mais il se trouve qu'au final on trouve aussi une interaction en 1/r⁶

[invitee16ff47e]

Alors j'ajoute qu'il marche également pour London, même si la démonstration usuelle en mécanique quantique a tendance à noyer le poisson. Il suffit de remplacer le dipôle permanent par le dipôle "instantané". Pour Keesom, ça m'étonnerait que ça soit un mécanisme fondamentalement différent, car des fluctuations thermiques ont souvent le même effet que des fluctuations quantiques. Enfin, j'aimerais bien connaître la réponse.

[invitec913303f]

Bonjours et merci coincoin pour ces précisions. La permitivitée en effet j'était au courant, mais d'ailleur un question me viens, commen cette permitivitée a t'elle été mesurée expérimentalement? Cette permitivitée équivault à la constante garvitationel en quelque sorte hen..

Merci encore.
@+
Floris

[invite88ef51f0]

Cette permitivitée équivault à la constante garvitationel en quelque sorte hen..

Exactement ! Si tu regardes l'expression de la force gravitationnelle et de la force électrostatique, tu verras qu'elles ont exactement la même tête : où est une constante qui vaut G pour la force gravitationnelle et pour la force électrostatique.

[invitec913303f]

Merci beaucoup Coincoin, et d'ailleur toutes mes félicitation pour tes études.
Amicalement
Floris