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Concept
Potentiel interatomique
Résumé
Le potentiel interatomique est un modèle d'énergie potentielle servant à décrire l'interaction entre atomes et, par extension, entre molécules. Il permet d'accéder à nombre de quantités optiques, thermodynamiques, mécaniques et de transport de la matière.
Les atomes à température ambiante peuvent s'associer spontanément pour former des molécules stables. Cela implique une force attractive à longue distance et répulsive à faible distance, et par suite nulle à la valeur d'équilibre de la liaison.
Cette force de liaison est conservative, et on peut donc lui associer une énergie potentielle , qu'on appelle souvent « potentiel » par abus de langage, relié à la force par . L'énergie d'un système baisse lorsqu'il est plus stable. Par convention, on fixe l'énergie égale à zéro lorsque les atomes sont très éloignés (« à l'infini »).
Le potentiel est souvent exprimé sous forme réduite par la constante de Boltzmann et s'exprime alors en kelvins.
On notera que les forces entre deux atomes peuvent être aussi bien répulsives que attractives suivant l'état quantique du système formé par le couple.
Le potentiel est constitué par la superposition de deux parties, l'une répulsive dominante à faible distance, l'autre possiblement attractive. L'origine de ces forces est la suivante :
partie répulsive : pour celle-ci les noyaux sont suffisamment proches pour que les nuages d'électrons se superposent. La théorie des perturbations est inapplicable et le calcul, de nature quantique, est celui d'une quasi-molécule, les forces impliquées étant les forces coulombiennes et l'interaction d'échange.
partie attractive : la théorie des perturbations est applicable, déclinée sous diverses méthodes. Dans la partie l'interaction d'échange reste importante. C'est dans cette région que se situe le minimum du potentiel. Dans la région externe l'opérateur d'interaction peut être développé en série multipolaire. On parle alors de forces de van der Waals. Le premier terme du développement correspond au dipôle mutuellement induit (forces de London).
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