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A. CORNET et J.-P. DEVILLE
égal à 1,85D. C’est l’ordre de grandeur des moments dipolaires dans la plupart
des molécules (une liaison ionique correspond à un dipôle d u n e dizaine de
debye). Les dipôles des molécules dépendent beaucoup de leur environnement :
en solution, les interactions seront donc assez complexes.
Si on considère des interactions entre deux molécules polaires ayant u n
moment de l’ordre de lD, l’énergie est inférieure à kT dès qu’on se trouve à des
distances de l’ordre de 0.35 nm dans le vide. Cela signifie que les forces mises en
jeu ne permettront pas de conduire à une orientation spontanée des molécules
au sein d’un liquide.
En revanche, les molécules organiques contenant de l’hydrogène conduisent
à des dipôles importants, par exemple ceux du type 06-H+&, N-&-H+&, @-H+&).
Étant donné la très petite taille de l’atome d‘hydrogène, les atomes très electronégatifs d’autres molécules (O, N, F) pourront s’approcher de ces groupes
polaires et subir une forte interaction. C’est l’origine de la liaison hydrogène qui
a u n rôle très important dans les interactions au voisinage des surfaces puisqu’il
y a très souvent une couche d’eau adsorbée.
2.3. Interactions avec les molecules polarisables
I1 s’agit ici de molécules qui n’ont pas de dipôle permanent mais un dipôle induit
par des champs électriques externes, soit créés par les molécules environnantes,
soit appliques. Le moment induit u sera proportionnel au champ électrique E et
au coefficient de polarisabilité (Y qui traduit le déplacement du nuage électronique par rapport au noyau. Ce sont les électrons des liaisons covalentes qui
contribuent essentiellement à la polarisabilité. Les gaz rares qui ne sont pas
polaires sont polarisables et le coefficient (x augmente en allant de l’hélium au
xénon. Une double liaison est plus polarisable qu’une liaison conjuguée qui est
elle-même plus polarisable qu’une simple liaison. L’unité de polarisabilité s’exprime en C2.m2.J-‘.
2.4. Les forces de dispersion
Les forces décrites dans les paragraphes précédents sont purement électrostatiques et donc faciles à modéliser. I1 existe d’autres forces qui s’appliquent à
toutes les molécules : on les range sous le nom de forces de dispersion*. Elles
jouent un rôle majeur dans les phénomènes de surface comme l’adhésion, la
tension superficielle et la physisorption. Ce sont des forces à longue portée, qui
sont perceptibles de 0,2 à plus de 10 nm. Elles peuvent être attractives ou répulsives. Elles se traitent au moyen de l’électrodynamique quantique. On peut comprendre leur origine en considérant un atome strictement apolaire. La moyenne
du moment dipolaire dans le temps est nulle mais à chaque instant il existe un
moment dû aux variations de position des électrons par rapport au noyau.
* Ainsi nommées, car elles provoquent la dispersion de la lumière dans ïUV/visible.
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
égal à 1,85D. C’est l’ordre de grandeur des moments dipolaires dans la plupart
des molécules (une liaison ionique correspond à un dipôle d u n e dizaine de
debye). Les dipôles des molécules dépendent beaucoup de leur environnement :
en solution, les interactions seront donc assez complexes.
Si on considère des interactions entre deux molécules polaires ayant u n
moment de l’ordre de lD, l’énergie est inférieure à kT dès qu’on se trouve à des
distances de l’ordre de 0.35 nm dans le vide. Cela signifie que les forces mises en
jeu ne permettront pas de conduire à une orientation spontanée des molécules
au sein d’un liquide.
En revanche, les molécules organiques contenant de l’hydrogène conduisent
à des dipôles importants, par exemple ceux du type 06-H+&, N-&-H+&, @-H+&).
Étant donné la très petite taille de l’atome d‘hydrogène, les atomes très electronégatifs d’autres molécules (O, N, F) pourront s’approcher de ces groupes
polaires et subir une forte interaction. C’est l’origine de la liaison hydrogène qui
a u n rôle très important dans les interactions au voisinage des surfaces puisqu’il
y a très souvent une couche d’eau adsorbée.
2.3. Interactions avec les molecules polarisables
I1 s’agit ici de molécules qui n’ont pas de dipôle permanent mais un dipôle induit
par des champs électriques externes, soit créés par les molécules environnantes,
soit appliques. Le moment induit u sera proportionnel au champ électrique E et
au coefficient de polarisabilité (Y qui traduit le déplacement du nuage électronique par rapport au noyau. Ce sont les électrons des liaisons covalentes qui
contribuent essentiellement à la polarisabilité. Les gaz rares qui ne sont pas
polaires sont polarisables et le coefficient (x augmente en allant de l’hélium au
xénon. Une double liaison est plus polarisable qu’une liaison conjuguée qui est
elle-même plus polarisable qu’une simple liaison. L’unité de polarisabilité s’exprime en C2.m2.J-‘.
2.4. Les forces de dispersion
Les forces décrites dans les paragraphes précédents sont purement électrostatiques et donc faciles à modéliser. I1 existe d’autres forces qui s’appliquent à
toutes les molécules : on les range sous le nom de forces de dispersion*. Elles
jouent un rôle majeur dans les phénomènes de surface comme l’adhésion, la
tension superficielle et la physisorption. Ce sont des forces à longue portée, qui
sont perceptibles de 0,2 à plus de 10 nm. Elles peuvent être attractives ou répulsives. Elles se traitent au moyen de l’électrodynamique quantique. On peut comprendre leur origine en considérant un atome strictement apolaire. La moyenne
du moment dipolaire dans le temps est nulle mais à chaque instant il existe un
moment dû aux variations de position des électrons par rapport au noyau.
* Ainsi nommées, car elles provoquent la dispersion de la lumière dans ïUV/visible.