Les forces de Van der Waals forment des liaisons électrostatiques entre les molécules. Les liaisons intermoléculaires, y compris les liaisons de Van der Waals, maintiennent les molécules ensemble dans les liquides et les solides et sont responsables de phénomènes tels que la tension superficielle dans les liquides et les cristaux dans les solides. Les forces intermoléculaires sont beaucoup plus faibles que les forces internes qui maintiennent les atomes ensemble dans les molécules, mais elles sont encore suffisamment fortes pour affecter le comportement et les propriétés de nombreux matériaux.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les forces électrostatiques de Van de Waals agissent entre les molécules pour former des liaisons faibles. Les types de forces de Van der Waals, de la plus forte à la plus faible, sont les forces dipôle-dipôle, les forces dipolaires induites par le dipôle et les forces de dispersion de London. La liaison hydrogène repose sur un type de force dipôle-dipôle particulièrement puissant. Ces forces aident à déterminer les caractéristiques physiques des matériaux.
Types de forces de Van der Waals
Trois types de forces de Van der Waals, de la plus forte à la plus faible, sont les forces dipôle-dipôle, les forces dipolaires induites par le dipôle et les forces de dispersion de London. Les dipôles sont des molécules polaires avec des pôles chargés négativement et positivement aux extrémités opposées de la molécule. Le pôle négatif d'une molécule attire le pôle positif d'une autre molécule, formant une liaison électrostatique dipôle-dipôle.
Lorsqu'une molécule dipolaire chargée se rapproche d'une molécule neutre, elle induit une charge opposée dans la molécule neutre, et les charges opposées s'attirent pour former une liaison dipolaire induite par le dipôle. Lorsque deux molécules neutres deviennent des dipôles temporaires parce que leurs électrons s'accumulent d'un côté de la molécule, le les molécules neutres sont attirées par des forces électrostatiques appelées forces de dispersion de Londres, et elles peuvent former un correspondant lier.
Les forces de dispersion de London sont faibles dans les petites molécules, mais elles augmentent en force dans les molécules plus grosses où de nombreux électrons sont relativement éloignés du noyau chargé positivement et sont libres de se déplacer environ. En conséquence, ils peuvent s'accumuler de manière asymétrique autour de la molécule, créant l'effet de dipôle temporaire. Pour les grosses molécules, les forces de dispersion de London deviennent un facteur important dans leur comportement.
Lorsqu'une molécule dipolaire contient un atome d'hydrogène, elle peut former une liaison dipôle-dipôle particulièrement forte, car l'atome d'hydrogène est petit et la charge positive est concentrée. La force accrue de la liaison en fait un cas particulier appelé liaison hydrogène.
Comment les forces de Van der Waals affectent les matériaux
Dans les gaz à température ambiante, les molécules sont trop éloignées les unes des autres et ont trop d'énergie pour être affectées par les forces intermoléculaires de Van der Waals. Ces forces deviennent importantes pour les liquides et les solides car les molécules ont moins d'énergie et sont plus proches les unes des autres. Les forces de Van der Waals font partie des forces intermoléculaires qui maintiennent ensemble les liquides et les solides et leur confèrent leurs propriétés caractéristiques.
Dans les liquides, les forces intermoléculaires sont encore trop faibles pour maintenir les molécules en place. Les molécules ont suffisamment d'énergie pour établir et rompre à plusieurs reprises les liaisons intermoléculaires, glissant les unes sur les autres et prenant la forme de leur conteneur. Par exemple, dans l'eau, les molécules bipolaires sont constituées d'un atome d'oxygène chargé négativement et de deux atomes d'hydrogène chargés positivement. Les dipôles d'eau forment de fortes liaisons hydrogène qui maintiennent les molécules d'eau ensemble. En conséquence, l'eau a une tension superficielle élevée, une chaleur de vaporisation élevée et un point d'ébullition relativement élevé pour le poids de la molécule.
Dans les solides, les atomes ont trop peu d'énergie pour rompre les liaisons des forces intermoléculaires et ils sont maintenus ensemble avec peu de mouvement. En plus des forces de Van der Waals, le comportement des molécules de solides peut être influencé par d'autres forces intermoléculaires, telles que celles formant des liaisons ioniques ou métalliques. Les forces retiennent les molécules de solides dans des réseaux cristallins tels que les diamants, dans des métaux tels que le cuivre, dans des solides homogènes tels que le verre ou dans des solides flexibles tels que les plastiques. Alors que les fortes liaisons chimiques qui maintiennent les atomes ensemble dans les molécules déterminent les caractéristiques chimiques des matériaux, les forces intermoléculaires, y compris les forces de Van der Waals, influencent la physique caractéristiques.