Force atomique et autres forces d'attraction/répulsion en atomes

[inviteccfb0d53]

Bonjour,
J'aimerai avoir une idée un peu synthétique sur les forces qui déterminent les liaisons entre atomes ou molécules.
Je vais exprimer ce que je crois avoir compris. Corrigez moi et complétez SVP...

1 Non-contact:
Lorsque des atomes se rapprochent, ils (en fait leurs nuages électroniques respectifs) se repoussent en raison du "principe d'exclusion de Pauli"...jusqu'à ce qu'un seuil soit franchi. Alors les 2 atomes établissent une liaison moléculaire (réunion des nuages électroniques). Il y a des liaisons chimiques possibles ou non selon les configurations électroniques.
Si je pose ma main sur la table, je la touche (au sens humain) mais en fait au niveau atomique les atomes de ma peau ne touchent pas ceux de la table, ils s'en approchent simplement assez près pour la force d'exclusion de Pauli soit très forte et donne l'illusion d'un contact.
Dans les "microscopes à force atomique" de quelle force se sert-on?

Solide
Comment nomme-t-on la ou les forces qui assurent la cohésion des molécules H2O à l'intérieur d'un cristal de neige?

Liquide
Comment nomme-t-on la ou les forces qui assurent la cohésion des molécules H2O à l'intérieur de l'eau liquide?

Gaz
Il semble qu'au contraire des Solides et des Liquides, dans les gaz, les molécules n'ont qu'une envie, c'est de s'éloigner les unes des autres (illustré par la loi du les gaz parfaits PV/T=constante)
Qu'est qui provoque cette envie ?
Je suppose qu'il y a à la fois des forces d'attraction et d'autres de répulsion.
La répulsion c'est, soit le principe d'exclusion de Pauli s'il agit à grande distance (?) ou bien les mouvements Brownien (agitation semble-t-il proportionnelle à la température) qui provoque des "collisions" (voir Pauli) comme dans un billard.
L'attraction c'est ce qui manifeste lorsque l'on baisse la température jusqu'à la condensation ou le givrage.

J'ai suivi quelques études scientifiques mais c'était il y a longtemps et on était pas entrés dans le fond des choses.

Voilà si vous avez quelques pistes à me donner pour y voir plus clair.
Merci.

NB : désolé de la "coquille", dans le titre je vous écrire "entre atomes" bien sûr.
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[coussin]

Solide
Comment nomme-t-on la ou les forces qui assurent la cohésion des molécules H2O à l'intérieur d'un cristal de neige?
Liquide
Comment nomme-t-on la ou les forces qui assurent la cohésion des molécules H2O à l'intérieur de l'eau liquide?

On peut procéder par élimination vu qu'il n'y a que 4 forces dans la nature après tout
D'après vous, s'agit-il
- Interaction forte
- Interaction faible
- Interaction électromagnétique
- Gravitation ?

[Deedee81]

Salut,

Vu ton âge, je suppose que c'est pour les enfants à l'école ?

La question n'est pas si facile car il y a beaucoup de définitions de forces, certaines dérivant d'autres (comme coussin l'a dit il n'y en a que quatre fondamentales et en fait tous les cas dont tu parles dérivent d'une seule de ces forces fondamentale ! Et de quelques effets annexes comme les effets quantiques). En plus tu touches là mine de rien à de nombreux et vastes domaines (physique des matériaux, chimie, physique quantique,...)

Je te conseille éventuellement de parcourir Wikipedia dans quelques rubriques appropriées : eau, force de van der Waals, liaison covalente, liaison hydrogène, liaison ionique, principe d'exclusion de Pauli. C'est déjà un beau début.

[inviteccfb0d53]

Bonjour,
Merci Coussin et Deedee81 pour vos réponses.
Bien sûr il s'agit ici de forces électromagnétique (la gravitation est à ma connaissance négligeable dans ce domaine) mais c'est un peu trop vague pour mon goût.
J'ai fouillé un peu les articles sur internet mais cela ne me suffit pas à m'y retrouver.

J'avais pris le cas de l'eau H2O mais qui est un cas particulier. La molécule d'eau étant disymétrique, elle se comporte comme un dipôle électrostatique, du coup on s'imagine assez bien ce qui peut retenir les molécules d'eau entres elles à l'état liquide ou solide.

Mais si on prend par exemple le cas du néon dont la couche électronique externe est saturée, ce qui lui interdit de se lier chimiquement (cas plus simple que N2 ou 02 mais cela revient au même) :
A l'état liquide (ou solide) qu'est-ce qui maintient les atomes du néon liés entre eux (plus précisément que "force électromagnétique") et qui explique la transition brusque entre un état et l'autre ?
(ce n'est ni une liaison chimique, ni une liaison électrostatique comme avec H2O, alors qu'est-ce caisse, kess?....)
Si quelqu'un a une explication "parlante", elle sera la bienvenue.

A bientôt de vous lire...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

La liaison H2O est de type liaison polaire, mais on l'appelle liaison hydrogène car elle est assez particulière et mérite un nom à elle

Pour les molécules/atomes neutres sans liaison chimique, la force est celle de van der Waals (pour faire simple : quand les atomes sont proches, du fait que les électrons ne sont pas collés au proton, les électrons de l'autre atome "voient" le proton et il y a une légère attraction).

La transition est simplement due à l'agitation thermique. Selon quelle est assez forte ou pas pour briser les liaisons. A noter que la transition n'est pas tellement brutale (coexistence de phases, la liquéfaction, par exemple, est progressive).

[inviteccfb0d53]

Merci Deedee81,
"Forces de Van der Walls" est ce qu'il me fallait.
L'explication simplifiée " les électrons de l'autre atome "voient" le proton et il y a une légère attraction" est assez parlante.

Voici deux liens qui développent un peu
http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_de_van_der_Waals
http://www.cnrs.fr/sciencespourtous/...ages/waals.htm
Monsieur Van der Walls était une sacré phénomène à lui tout seul !

Je résume ce que j'ai compris (j'espère n'être pas trop confus) :

Forces d'attraction :
gravité ( très faible, négligeable ici)
électrostatique : =forces de Van der Walls
-liaison hydrogène : environ 10 fois + forte qu'autres forces de Van der Walls
-autres forces de van der Walls
chimique : = mise en commun d'électrons
-liaison ionique
-liaison covalente

Forces de répulsion :
-Principe d'exclusion de Pauli
se trouve manifesté par une répulsion très forte des atomes ou molécules entre eux à courte distance (sauf s'ils peuvent établir une liaison chimique)
explique comment les molécules "rebondissent" les unes sur les autres dans l'agitation thermique d'un gaz.
-agitation thermique : atomes et molécules bougent à proportion de leur température, ce faisant il rebondissent les uns sur les autres et tendent donc à s'écarter (ce qui se réalise dans un gaz).

Merci encore
Y.

[Deedee81]

Salut,

Un mini complément (ce qui est donné n'est pas du tout confus) :

-agitation thermique : atomes et molécules bougent à proportion de leur température, ce faisant il rebondissent les uns sur les autres et tendent donc à s'écarter (ce qui se réalise dans un gaz).

En plus des déplacements, dans l'agitation thermique il faut aussi prendre en compte les rotations (molécules dissymétriques dans les gaz et les liquides) et les vibrations. Dans un solide on a surtout des vibrations qui en plus se propagent à tout le réseau (phonons). On a là aussi un mécanisme analogue à celui que tu cites pour les gaz : la dilatation thermique.

Le principe d'exclusion de Pauli est un effet quantique. Ce n'est pas une force en tant que soit. Même si l'on parle de "pression de Fermi". Deux électrons, par exemple ne peuvent pas être dans le même état. Il n'y a en fait rien qui empêche les électrons de ce mettre dans le même état, pas de force spéciale. C'est juste que cet état n'existe pas. Et la pression de Fermi est juste la différence entre la pression réelle (où le principe d'exclusion existe) et une pression idéalisée, déduite du calcul et où on ignore le principe d'exclusion de Pauli.

Dans les forces électrostatiques il faut ajouter les forces polaires, due au fait que les électrons sont déplacés dans la molécule ce qui donne un caractère de dipôle électrique à la molécule. La liaison hydrogène est de ce type sauf qu'on lui donne un nom particulier à cause de son importance.

Dans les autres forces d'attractions il faut aussi ajouter l'interaction faible (en fait, je n'ai pas connaissance d'état lié par cette force extrêmement faible, responsable de certaines désintégrations radioactive comme la désintégration bêta : transformation d'un neutron en proton + électron + antineutrino).Et l'interaction forte responsable des liaisons entre quarks (nucléons = protons et neutrons) et qui agit a distance un peu plus grande que l'intérieur du nucléon par échange de pions = interaction nucléaire, responsable de la cohésion du noyau.

Dans l'échelle des intensités de ces quatre interactions on a :
gravité - faible - électromagnétique - forte

La gravité est la plus faible, mais étant toujours attractive, jamais répulsive, avec l'accumulation de masse, à grande échelle, elle fini par devenir dominante. Comme on s'en rappelle chaque fois qu'on reçoit une pomme sur la tête

[inviteccfb0d53]

Merci Deedee pour ces explications complémentaires. J'ai maintenant de meilleures notions sur ces questions. Au plaisir.