Introduction aux Forces Intermoléculaires

Study Notes

Les forces intermoléculaires sont des interactions de faible énergie entre les molécules, contrairement aux liaisons covalentes qui sont de forte énergie et forment des molécules.
Elles influencent la température et les changements d'état de la matière.
Les processus de changement d'état peuvent être endothermiques (nécessitant de la chaleur) ou exothermiques (produisant de la chaleur).

La cohésion des liquides et des solides est due aux forces d'attraction entre les particules.
L'augmentation de la température (à pression constante) diminue ces forces d'attraction.
La diminution de la température (à pression constante) augmente ces forces d'attraction.

Trois types de forces de Van der Waals existent : forces de London, forces de Keesom et liaisons hydrogène.
Un dipôle est une structure électriquement neutre avec des charges opposées.
La différence d'électronégativité entre deux atomes détermine la nature de la liaison (covalente polaire, ionique, ou covalente pure).
Le moment dipolaire d'une liaison polaire est un vecteur dont la direction et le sens dépendent des charges partielles.

La polarité d'une molécule dépend de son moment dipolaire total, qui est la somme vectorielle des moments dipolaires de ses liaisons.
Le CO2 est apolaire car son moment dipolaire total est nul (géométrie linéaire).
Le H2O est polaire car son moment dipolaire total n'est pas nul (géométrie coudée).

Les forces de Keesom existent entre molécules polaires (dipôles permanents).
Leur intensité augmente avec la polarité des molécules.
Les forces de London existent entre tous les atomes et molécules (même apolaires).
Elles sont dues à des fluctuations de la densité électronique, créant des dipôles instantanés et induits.
L'intensité des forces de London dépend de la polarisabilité et de la taille des espèces en interaction.

Les liaisons hydrogène se forment entre molécules polaires contenant un hydrogène lié à un atome électronégatif de petite taille (N, O, F).
Elles sont très fortes et jouent un rôle crucial dans les systèmes biologiques (ex: structure de l'ADN).
Les liaisons hydrogène intramoléculaires diminuent les températures de changement d'état.

Les forces intermoléculaires expliquent la cohésion des solides et des liquides.
Dans les solides moléculaires, les molécules sont liées par des forces intermoléculaires.
Les températures de changement d'état dépendent de la force des interactions intermoléculaires.

L'eau présente trois états : glace (interactions fortes de Van der Waals), liquide (molécules en contact étroit), gazeux (molécules libres).
Règle n°1 : la température de fusion/ébullition augmente généralement avec la masse molaire (forces de London).
Règle n°2 : les interactions de Keesom et les liaisons hydrogène augmentent les températures de changement d'état.
Les liaisons hydrogène intramoléculaires diminuent les températures de changement d'état.