CHIMIE

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COURS
330
A
11
Interactions de faible énergie
d
– q +q
ep
ep = q.RAB
Doc. 1 Un dipôle est caractérisé
par un moment dipolaire rp avec
p = q . d ; p s’exprime, dans le système
international d’unités en C.m,
mais en pratique on utilise le
debye D.
+ d
I
– d
Cl H
+ 3d
C
rp
rp
B
– d
I
– d
I
I
– d
Doc. 2 Le chlorure d’iode I-Cl
(θ fus =27°C) et l’iodoforme HCI 3
(θ fus =119 °C) sont polaires.
q
rp 1
A j rpB d
q 2
Doc. 3 Interaction de deux dipôles
permanents fixes.
a)
b)
A
rp A
rp A
A
rp B
rp B
Doc. 4 Orientations privilégiées
particulièrement stables de deux
dipôles.
B
B
1 Les interactions de van der Waals
1.1 Présentation
Les interactions de van der Waals qui se rencontrent dans tous les types
de composés mettent en jeu des forces électrostatiques attractives entre
dipôles. Elles se caractérisent par :
– une faible énergie (quelques dizaines de kilojoules par mole) ;
– une action de courte portée (quelques centaines de picomètres).
Lorsque deux molécules A et B sont suffisamment proches, trois situations peuvent
se rencontrer auxquelles correspondent trois types d’interactions de van
der Waals :
– A et B présentent tous les deux un moment dipolaire permanent (doc. 1 et 2) ;
– A possède un moment dipolaire permanent et B n’en présente pas ;
– A et B ne présentent ni l’une ni l’autre de moment dipolaire permanent.
1.2 Interactions entre deux dipôles permanents
Deux cas sont à considérer suivant que les molécules polaires sont fixes ou
peuvent tourner sous l’effet de l’agitation thermique.
1.2.1. Dipôles permanents fixes
Pour deux dipôles fixes permanents ApA et ApB, l’énergie potentielle d’interaction
E dépend de leur orientation relative (doc. 3). Ainsi dans le vide :
E =– .(2 cosq1 . cosq2 – sinq1 . sinq2 . cosj) (11.1)
Lorsque les deux dipôles sont coplanaires (j =0), deux positions sont particulièrement
stables (doc. 4). La première (doc. 4 a) correspond à l’énergie minimale
:
2.pA.pB E =– (11.2)
4p.eo.d3 pA.pB
4 π . e o . d 3
Dans le cas de cristaux moléculaires (doc. 2), les dipôles permanents sont de
même nature p A = p B = p et lorsque les dipôles sont alignés :
E =–
2. p 2
4p . eo . d 3
Ce type d’interactions entre molécules identiques assure la cohésion des cristaux
de monoxyde d’azote NO (qfus =–164 °C ; p =0,15 D), de monoxyde de
carbone (q fus =–205 °C ; p =0,4 D) ou d’ozone (q fus =–193 °C ; p =0,66 D).
1.2.2. Dipôles permanents mobiles :effet d’orientation
ou interaction de Keesom
Dans un gaz réel, en phase liquide ou en solution, les molécules ne sont pas
dans une position figée et sont susceptibles de se déplacer et de tourner. Les
interactions électrostatiques exercées entre p A et p B, lorsqu’ils sont proches,
tendent alors à orienter les dipôles dans l’une des directions privilégiées représentées
au document 4 mais cet effet électrostatique d’orientation est concurrencé
par l’agitation thermique des molécules, qui tend à réorienter les dipôles
dans des directions aléatoires.