Nous expliquons ce que sont les forces de Van der Waals et dans quels cas elles se manifestent. Aussi, pourquoi portent-ils un tel nom et leurs caractéristiques.
Que sont les forces de van der Waals ?
Les forces de Van der Waals ou interactions de Van der Waals sont connues comme un certain type de forces intermoléculaires attractives ou répulsives , différentes de celles qui génèrent des liaisons atomiques ( ioniques , métalliques ou covalentes de type réticulaire) ou l’attraction électrostatique entre les ions et d’autres molécules .
Avant de mentionner les différents types de forces de van der Waals, il est important de comprendre ce qu’est la polarité chimique. La polarité chimique est une propriété des molécules qui tend à séparer les charges électriques dans leur structure. C’est une propriété étroitement liée aux forces intermoléculaires (telles que les forces de Van der Waals), à la solubilité et aux points de fusion et d’ ébullition . Selon la polarité, les molécules peuvent être classées en :
- molécules polaires. Ils sont constitués d’ atomes d’électronégativité très différente. L’atome avec l’électronégativité la plus élevée attire les électrons de liaison et se retrouve avec une densité de charge négative. D’autre part, l’atome avec l’électronégativité la plus faible se retrouvera avec une densité de charge positive. Cette répartition des charges conduira éventuellement à la formation d’un dipôle (un système de deux charges de signe opposé et d’amplitude égale).
- molécules non polaires. Ils sont constitués d’atomes ayant la même électronégativité, de sorte que tous les atomes attirent les électrons de liaison de la même manière.Un facteur qui détermine également la polarité d’une molécule est la symétrie moléculaire. Il existe des molécules composées d’atomes d’électronégativité différente, mais qui ne sont pas polaires. Cela se produit parce que lorsque les différentes densités de charge des parties de la molécule sont additionnées, elles s’annulent et entraînent un moment dipolaire nul.
Ainsi, les forces de Van der Waals se manifestent de trois manières particulières :
- Forces attractives de Keesom (interactions dipôle-dipôle). Ce sont des interactions entre molécules polaires, c’est-à-dire polarisées en permanence. Ainsi, ces molécules ont un pôle positif (avec une densité de charge positive + ) et un pôle négatif (avec une densité de charge négative – ), et elles sont orientées de sorte que le pôle positif se rapproche du pôle négatif.
- Debye forces attractives (interactions dipôles permanentes induites par les dipôles). Elles ont lieu entre une molécule polaire et une autre apolaire, mais qui présente une polarité induite. Dans ce type d’interaction, le dipôle induit un dipôle transitoire dans la molécule non polaire.
- Forces de dispersion de Londres (dipôle induit dipôle induit). Ce sont des interactions qui se produisent entre des molécules non polaires. Le mouvement des électrons dans ces molécules induit des dipôles transitoires, ce qui provoque une certaine attraction entre eux. Ce sont des interactions très faibles.
Toutes ces forces intermoléculaires sont connues sous le nom de Forces de Van der Waals, nom qui rend hommage au physicien néerlandais Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), le premier à proposer leurs effets sur les équations d’état d’un gaz (appelées l’équation de Van der Waals) en 1873. Pour cette découverte, il reçut le prix Nobel de physique en 1910.
Voir aussi: Énergie potentielle
Caractéristiques des forces de Van der Waals
Les forces de Van der Waals sont généralement faibles par rapport aux liaisons chimiques ordinaires , ce qui ne les empêche pas d’être fondamentales pour divers domaines de la physique , de la biologie et de l’ingénierie. Grâce à eux, de nombreux composés chimiques peuvent être définis.
Les forces de Van der Waals augmentent avec la longueur de l’extrémité non polaire d’une substance , car elles sont causées par des corrélations entre des polarisations fluctuantes entre des atomes, des molécules ou des surfaces proches, conséquence de la dynamique quantique.
Ils présentent une anisotropie, c’est-à-dire que leurs propriétés varient selon l’orientation des molécules : cela dépend souvent de leur caractère attractif ou répulsif.
Ces forces sont les plus faibles entre molécules dans la nature : il suffit de 0,1 à 35 kJ/mol d’énergie pour les vaincre. Cependant, ils sont cruciaux pour la formation des protéines .
