Liaisons de Van der Waals : énergies mises en jeu

Dans le programme, il est demandé de savoir que les interactions de Van der Waals sont des interactions intermoléculaires de faible énergie qui participent à la cohésion de la matière.

Pour aller plus loin, on donne ici les trois types d'interactions de Van Der Waals.

Force de Keesom : interaction dipôle permanent / dipôle permanent

Il s'agit de l'interaction électrostatique entre deux dipôles permanents. On retrouve ce type d'interaction entre deux molécules polaires. Plus les molécules mises en jeu sont polaires, plus cette interaction est forte. L'énergie de ce type de liaison est comprise entre `0` et `5\ "kJ"\cdot "mol"^-1`.

Force de Debye : interaction dipôle permanent / dipôle induit

Il s'agit de l'interaction électrostatique entre un dipôle permanent et un dipôle induit. Un dipôle induit est un dipôle qui apparaît lorsqu'il est au voisinage d'un dipôle permanent : il se crée sous l'effet du champ électrique créé par le dipôle permanent. On retrouve notamment ce type d'interaction entre une molécule polaire et une molécule apolaire. L'énergie de ce type de liaison est comprise entre `0` et `3\ "kJ"\cdot "mol"^-1`.

Force de London : interaction dipôle instantané / dipôle induit

Il s'agit de l'interaction électrostatique entre un dipôle instantané et un dipôle induit. Le nuage électronique autour des atomes n'est pas fixe : une liaison non polarisée en moyenne est en réalité, à tout instant, légèrement polarisée (on parle de "dipôle instantané"). Cela entraîne, pour une molécule proche, la formation d'un dipôle induit. On retrouve ce type d'interactions pour toutes les espèces, et notamment entre deux molécules apolaires. Plus les nuages électroniques mis en jeu sont de grande taille, plus cette interaction est importante. L'énergie de ce type de liaison est comprise entre `0` et `30\ "kJ"\cdot "mol"^-1`.

Cette interaction permet d'expliquer que \(\text {C}\ell_2\) est un gaz, `"Br"_2` un liquide et `"I"_2`un solide. Ces trois molécules sont apolaires : seule la force de London existe entre ces molécules. La taille du nuage électronique autour de chacun de ces atomes se déduit de la position dans la classification périodique des éléments. Pour \(\text {C}\ell_2\), le nuage électronique est petit et cette interaction est très faible : cette espèce est sous forme gazeuse. Pour `"Br"_2`, le nuage électronique mis en jeu est plus grand, augmentant ainsi l'intensité de cette force, d'où l'état liquide. Le raisonnement est le même pour expliquer l'état physique (solide) de `"I"_2`.

Ci-dessous, la structure microscopique des cristaux de diiode.

Les interactions de Van der Waals englobent donc ces trois types d'interactions.