FORMULES de PHYSIQUE
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MOLéCULE
-molécule (caractéristiques)
Une molécule est un groupement d’atomes
La molécule la plus répandue dans l'univers est le dihydrogène H²
CARACTERISTIQUES des MOLECULES
-dimension des molécules
Le rayon d'une molécule de corps simple est # 1 à 3 Angstroem, soit 1 à 3.10-10 m
(et # 10-9 m. pour les grosses molécules, genre chimie carbonée)
-masse de molécule
C'est la somme des masses des atomes constitutifs
La masse d'une molécule est de l'ordre de 10-24 à -26 kg
-masse moléculaire
Ce n'est plus une masse, comme ci-dessus, mais une masse (de la molécule) rapportée à la quantité de matière qu'elle comporte Voir ce chapitre
De dimension M.N-1 de symbole m' d'unité S.I.+ le kg/mol
-le covolume (ou volume de Van der Waals)
Vc est le volume incompressible qu’occupent n molécules
Vc= (4∏ / 3).(n.lr3)
où Vc(m3 )= covolume incompressible qu’occupent n molécules
lr (m)= rayon moyen de l’une des molécules
CINÉMATIQUE DE MOLÉCULE
Atomicité: nombre d’atomes par molécule
Concentration(s): on utilise les notions de:
-concentration massique (quantité de matière-molécules- incluse dans une unité de masse)
-concentration volumique (quantité de molécules- incluse dans une unité de volume) (Exemple: 1m3 d’air contient 2,7.1025 molécules)
-concentrations molaires qui, elles, concernent une masse ou un volume inclus dans une unité de quantité de matière.
Loi de Pareto La loi générale de Pareto est ny = 1 / (nx).nz
où nx est le nombre de phénomènes concernés par la variabilité d'une grandeur
nz est le nombre de variantes en lesquelles on peut découper nx
ny est le nombre de cas résultant de la variabilité de nx et nz --il est minimal quand nx est maximal et encore plus minimal quand nz est élevé--
En physique moléculaire, la loi de Pareto est telle que ny = distance parcourue par chaque molécule, nx = le nombre de ses déplacements et nz = leur taille (molécules)
Temps: le temps le plus court qu’on sache mesurer est le temps de liaison entre 2 atomes pour former une molécule ( # 10-18 seconde)
Fréquence: dans le cas d’une transition de PHASE, la fréquence émise (ou absorbée) par une molécule qui subit alors des variations d’énergies diverses est :
ν = (ΔEé + ΔEr + ΔEv) / h
où ν(Hz)= fréquence, h(J-s)= constante de Planck et ΔEé, ΔEr, ΔEv (J)= variations d’énergies respectivement électronique, de rotation, de vibration
DYNAMIQUE DE MOLÉCULE
-activité moléculaire : c’est le nombre de molécules impliquées pendant un temps donné, dans des conditions optimales.
Synonymes: flux de particules(fp) Equation aux dimensions structurelles : T-1
Exemple: l’activité moléculaire est la fréquence de transformation (ou désintégration) de certaines molécules d’un corps en mutation.
-diffusion des molécules: une molécule de masse m(kg) en équilibre thermique dans un groupe de molécules similaires, a un coefficient de self-diffusion
νs = Δl² / 2t où Δl(m)= déplacement moyen et t(s)= temps
-énergie moléculaire
L’énergie de la molécule se détaille en 5 composants dits tout atome, utilisant l’atome comme élément de base
1.Déformation des liaisons droites Eliaisons droites= ∑W’d(li - l 0 )²
où l = longueur de liaison instantanée, l0 la longueur de référence et W’d la constante de rappel
2.Déformation des angles Eangles= ∑(q – q0)².D*.z
où θ(rad) est l’angle de valence, q0(rad) l’angle de base, D*(m/rad) la distance angulaire et z(N/rad) la constante de torsion
3.Déformation des dièdres Edièdriques= ∑W’d.H’ / q
où θ (rad) est la valeur instantanée de l’angle de valence, H’(m²/rad) est le dièdre et W’d (kg/s²) est la constante de force
4.Interactions de van der Waals Ede Van der Waals= K[(lr0 /lr)12 - (lr0 /lr)6]
où lr est la distance entre deux centres de Lennard-Jones, en général deux atomes et K un coefficient dimensionnel
5.Interactions électrostatiques Eélectrostatique= Q1Q2 / ε.lr²
La distribution des électrons est considérée comme ponctuelle (interactions coulombiennes par paires de charges)
Exemple de l'énergie cinétique d’une molécule de gaz
-gaz monoatomique: Ec= 3n.k.T / 2 avec : Ec(J)= énergie cinétique, n(nombre)= nombre d’atomes, T(K)= température absolue, k (J/K) = const° de Boltzmann
-gaz polyatomique: Ec= 5n.k.T/ 2
-excitation de molécule: ce terme signifie variation de condition d’un corps, suite à apport énergétique extérieur. Pour les molécules, il s’agit de l’acquisition d’une énergie nouvelle, de cause externe et créant modification soit de sa position, soit de sa rotation, soit de sa vibration
-forces de Van der Waals: au niveau des molécules d’un corps ayant subi des déformations et même pour l'énergie la plus basse (proche du 0°K), ce sont les forces de Van der Waals (attractives)
-mouvements des molécules voir chapître mouvement brownien
-pression p(N/m²) = E(J) / V(m3) ce qui signifie :
pression p = énergie E par volume V des molécules concernées
-temps de relaxation (pour les molécules)
Cela correspond au retour à un comportement standard des molécules d'un milieu porteur: elles avaient acquis des parts d’énergie de vibration et de rotation, qui avaient créé une dispersion et elles reviennent à une énergie de seule translation après un certain temps
"de relaxation" tr tel que : g + v / tr+ f².lé= 0 où g(m/s²) est l'accélération, v(m/s) la vitesse, lé(m) l'élongation, f(s-1) la fréquence
Exemple: pour l’hydrogène f = 107 Hz à pression normale
-thermodynamique et molécules
La conduction est la transmission, de proche en proche, d’énergie cinétique des molécules (par chocs) avec une tendance à uniformisation
ÉLECTRICITÉ et MOLÉCULES
Les interactions de polarisation électrique ne sont pas très persistantes pour les liquides et sont très ténues pour les gaz -sauf près de l’ébullition- car l’éloignement moléculaire est ici grand, c’est à dire > 10-6m)
Moment dipolaire:
la molécule d’eau a un moment électrique dipolaire de 6.10-30 C-m
Champ moléculaire: il est pratique, pour une substance ferromagnétique, de définir
un champ fictif moléculaire interne Hm (de l’atome du matériau) qui est
Hm = M / cm
M(A/m) = aimantation
Hm (A/m)= champ moléculaire interne
1 / χm (sr-1) = coefficient de champ (indépendant de la température) avec
χm(sr)= susceptibilité magnétique
Potentiel d'ionisation des molécules:
C'est le potentiel électrique U(Volts) permettant d'accélérer un ion de masse m(kg) et de charge Q(C) à une vitesse v(m/s) soit
Q.U = m.v ² / 2
SPECTRES des MOLÉCULES
Voir chapître Spectres