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Concept
Force de van der Waals
Résumé
vignette|Tête et pattes avant d'un Gecko (espèce non précisée, queue en forme de feuille)
En physique et en chimie, une force de van der Waals, interaction de van der Waals ou liaison de van der Waals est un potentiel interatomique dû à une interaction électrique de faible intensité entre deux atomes ou molécules, ou entre une molécule et un cristal. Elle représente la moyenne statistique de toutes les configurations possibles pour l'interaction, pondérées par leur probabilité à l'équilibre thermodynamique. Cette moyenne conduit à une force attractive. Ces forces ont été nommées en l'honneur du physicien néerlandais Johannes Diderik van der Waals (1837 - 1923), prix Nobel de physique 1910, qui fut le premier à introduire leurs effets dans les équations d'état des gaz en 1873 (voir Équation d'état de van der Waals).
Les forces de van der Waals sont dues à l'interaction entre dipôles, qu'il s'agisse des dipôles permanents des molécules ou des dipôles induits par l'interaction. La distance importante entre molécules autorise un calcul de perturbations sous forme d'un développement multipolaire dont on ne retient que les premiers termes qui sont alors statistiquement moyennés. On obtient :
l'interaction électrostatique entre deux multipôles permanents. On les appelle les forces de Keesom ;
l'interaction entre un multipôle permanent et un multipôle induit (effets d'induction). On les appelle les forces de Debye ;
l'interaction électrostatique entre deux multipôles induits (effets de dispersion). On les appelle les forces de London.
L'énergie potentielle des forces de van der Waals peut donc se formuler de la façon suivante :
Les trois termes de cette expression peuvent être décomposés de la manière suivante :
Cette énergie est liée aux forces de Keesom, dues à l'interaction entre deux molécules polaires.
L’interaction dipôle-dipôle est beaucoup plus faible qu’une interaction ion-dipôle puisque l'interaction se produit entre charges partielles. L’énergie potentielle typique de ce type d’interaction est de l’ordre de 2 kJ/mol.
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