Forces intermoléculaires PDF

LES FORCES INTERMOLÉCULAIRES La cohésion moléculaire Définition La cohésion moléculaire désigne la cohésion entre molécules distinctes d'une même espèce chimique, distincte des liaisons intramoléculaires (covalentes). Types d'interactions 1. Interactions intermoléculaires de faible énergie (quel...

LES FORCES INTERMOLÉCULAIRES La cohésion moléculaire Définition La cohésion moléculaire désigne la cohésion entre molécules distinctes d'une même espèce chimique, distincte des liaisons intramoléculaires (covalentes). Types d'interactions 1. Interactions intermoléculaires de faible énergie (quelques kJ/mol) assurent la cohésion des solides et des liquides. 2. Ces interactions sont réversibles et se produisent à très courte distance. Importance La cohésion moléculaire est cruciale pour divers phénomènes en biochimie, comme : 1. Agencement spatial des protéines 2. Reconnaissance enzymatique 3. Dénaturation des protéines Influence des températures 1. La force des interactions intermoléculaires augmente avec la diminution de la température (refroidissement) et vice versa. 2. Une plus grande cohésion conduit à des températures de changement d'état plus élevées. LES FORCES INTERMOLÉCULAIRES Notion de dipôle électrostatique Définition Concept de dipôle électrostatique 1. Défini comme une répartition de charges électriques avec somme nulle, où le centre des charges positives et négatives ne coïncide pas. 2. Exprimé simplement par un couple de charges opposées éloignées d'une certaine distance. Dipôle permanent 1. Lorsqu'une molécule possède des liaisons polarisées, elle acquiert un dipôle électrostatique en raison de la dissymétrie dans la répartition des charges. Exemples appliqués 1. La polarité d'une molécule influence son comportement dans divers contextes chimiques, notamment les interactions intermoléculaires et les propriétés physiques telles que les températures de changement d'état. Dipôle électrostatique permanent Définition Une molécule est qualifiée de polaire si elle présente des liaisons polarisées et si le centre des charges partielles positives ne coïncide pas avec celui des charges partielles négatives. Dissymétrie de répartition La dissymétrie dans la répartition électronique d'une molécule polaire crée un dipôle électrostatique permanent, entraînant un moment dipolaire défini. Implications Les molécules polaires, en tant que dipôles permanents, sont responsables de la formation d'interactions électrostatiques, ce qui influence les propriétés physiques et chimiques, telles que les températures de changement d'état. Dipôle électrostatique induit Définition Un dipôle électrostatique induit se forme lorsqu'une molécule apolaire est exposée à un champ électrique, provoquant une déformation temporaire de son nuage électronique. Polarisation La déformation du nuage électronique, appelée polarisation, permet à des molécules initialement non polaires de devenir des dipôles lorsqu'elles sont soumises à un champ électrique. Polarisabilité La capacité d'une espèce à subir cette polarisation est appelée polarisabilité. 1. Plus une molécule est grosse, plus elle est polarisable, ce qui facilite la formation de dipôles induits. Moment dipolaire induit Lorsqu'une molécule apolaire devient un dipôle sous influence extérieure, il y a formation d'un moment dipolaire induit. Effet sur les molécules voisines La création de dipôles induits dans une molécule peut polariser les molécules voisines, augmentant ainsi les interactions électrostatiques au sein d'un groupe de molécules. Dipôle électrostatique instantané Définition Un dipôle électrostatique instantané se crée lorsque des fluctuations temporaires dans la répartition du nuage électronique d'une molécule apolaire confèrent à celle-ci un caractère de dipôle, même si ce caractère est éphémère. Interactions Ces dipôles instantanés peuvent induire la polarisation des molécules voisines, produisant des dipôles induits dans le milieu environnant. Importance de la polarisabilité Plus une espèce chimique est polarisable, plus elle contribue efficacement à la polarisation de proche en proche, renforçant l'effet d'interaction entre les molécules. Répartition du nuage électronique Dans une molécule apolaire, la répartition moyenne du nuage électronique est symétrique, mais les fluctuations peuvent temporiser ce comportement. LES FORCES INTERMOLÉCULAIRES Interactions électrostatiques Interaction entre deux charges Types d'interactions 1. Si deux charges (q et q') ont le même signe : 2. Interaction répulsive (E > 0). 3. Si deux charges ont des signes opposés : 4. Interaction attractive (E < 0). Contexte biologique 1. En biochimie, des interactions attractives se forment entre des groupes ionisés au pH cellulaire, influençant des processus comme la solubilité dans l'eau, qui est un solvant polaire. Affinité avec l'eau 1. Les ions montrent une forte affinité pour l'eau, ce qui influence les interactions dans les molécules biologiquement significatives. Interaction ion-dipôle Définition Interaction qui se produit entre un ion chargé (positif ou négatif) et un dipôle électrique (molécule polaire). Mécanisme L'ion interagit avec les charges partielles de la molécule dipolaire, ce qui donne lieu à des forces attractives ou répulsives, selon la nature des charges. Exemples et importance 1. Cruciale pour le solvatation des ions dans des solutions, où les molécules d'eau, en tant que dipôles, interagissent avec les ions. 2. Influence significativement la solubilité et la réactivité chimique en milieu aqueux. Interactions de Van der Waals Définition Interactions entre dipôles électrostatiques qui peuvent être : 1. Entre dipôles permanents de molécules polaires. 2. Entre dipôles instantanés ou induits de molécules apolaires. Impact du caractère polaire Les molécules présentant un caractère polaire élevé affichent des températures de changement d'état plus élevées comparées à des molécules apolaires de taille identique. Contributions à la cohésion Les interactions de Van der Waals augmentent avec la taille des molécules, favorisant la formation de dipôles instantanés. Caractéristiques 1. Ce sont des interactions de très courte portée et de faible énergie (de l'ordre de quelques kJ/mol). 2. Elles jouent un rôle crucial dans la cohésion des solides et des liquides. Liaison hydrogène Définition Une liaison hydrogène est une interaction électrostatique qui se forme entre : 1. Un atome d'hydrogène lié à un élément très électronégatif (comme l'oxygène ou l'azote). 2. Un autre atome très électronégatif (O ou N) qui possède au moins un doublet non liant. Exemples de Conséquences Cruciale pour la biochimie, elle joue un rôle dans : 1. La reconnaissance des bases nucléiques (ex. : Adénine-Thymine, Guanine-Cytosine). 2. La structure de la double hélice de l'ADN. Impact sur les températures de changement d'état Les liaisons hydrogène augmentent les températures de changement d'état par rapport aux seules interactions de Van der Waals, en raison de leur force relative plus élevée. LES FORCES INTERMOLÉCULAIRES Liaison hydrogène Définition Dipôle électrostatique 1. Définition : Répartition de charges électriques ayant une somme nulle. Le centre des charges positives ne coïncide pas avec celui des charges négatives. 2. Caractérisation : Le dipôle le plus simple est constitué de deux charges de signe opposé séparées par une distance non nulle. Implications Cette interaction est fondamentale pour comprendre les forces entre molécules et leur comportement dans des milieux variés, influençant ainsi de nombreux processus en chimie et biochimie. Exemples et conséquences Interactions de Van derWaals 1. Elles incluent les interactions entre dipôles permanents (molécules polaires) et dipôles instantanés ou induits (molécules apolaires). 2. Leur force dépend de la taille et de la polarisabilité des molécules, influençant les températures de changement d'état. Conséquences en biochimie Ces interactions sont essentielles pour divers processus tels que : 1. La reconnaissance entre enzymes et substrats 2. Le maintien de la structure des protéines 3. L'établissement des structures secondaires et tertiaires Rôle des liaisons hydrogène 1. Elles sont responsables de la reconnaissance des bases nucléiques dans l'ADN (ex. : Adénine- Thymine, Guanine-Cytosine). 2. Augmentent significativement les températures de changement d'état par rapport aux seules interactions de Van derWaals.