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 d'une molécule
Le rayon d'une molécule de corps simple est ~ 1 à 3 Angstroem, soit 1 à 3.10-10 m
Le rayon d'une grosse molécule, genre chimie carbonéeest ~ 10-9 m.
-masse d'une molécule
C'est la somme des masses des atomes constitutifs (ordre de grandeur 10-24 à -26 kg
-masse moléculaire
Ce n'est plus la masse, comme ci-dessus, mais la masse de la molécule, rapportée à la quantité de matière qu'elle comporte Voir ce chapitre
Dimension de la masse moléculaire M.N-1 Symbole m' Unité S.I.+ le kg/mol
-le covolume (ou volume de Van der Waals Vc)
est le volume incompressible qu’occupent nmolécules
Vc= (4p / 3).(n.lr3)
où Vc(m3)= covolume incompressible qu’occupent nmolécules
lr (m)= rayon moyen de l’une des molécules
CINÉMATIQUE DE MOLÉCULE
Atomicité = nombre d’atomes par molécule
Concentrations
---la concentration massique est un nombre de molécules incluse dans une masse
---la concentration volumique est une quantité de molécules incluse dans un volume (Exemple: 1m3 d’air contient 2,7.1025 molécules)
---la concentration molaire est une quantité de molécules incluse 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 (ny est minimal quand nxest maximal et encore plus minimal quand nzest 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= la taille des molécules
Temps: le temps de liaison entre 2 atomes pour former une molécule est ~ 10-18seconde
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 et 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 d'une 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.lr
(interactions coulombiennes par paires de charges, où Q sont les charges électriques, distantes de (l) et e la permittivité)
6.La distribution des électrons est considérée comme ponctuelle
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 due à la présence de molécules
p(N/m²) = E(J) / V(m3) où pression p = énergie E par volume V des molécules concernées
-temps de relaxation (pour les molécules)
quand des molécules ont acquis des parts d’énergie de vibration et de rotation, il y eut une dispersion, mais elles reviennent -- après un certain temps-- vers une énergie de seule translation. Ce temps est dit temps de relaxation (tr) tel que tr = 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 = 107Hz 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 > 10-6 m)
-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 définirun 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 électriqueU(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