liaisons de particules

Une liaison à l'échelon particulaire dépend toujours d'une interaction newtonienne ou d'une coulombienne

 

LIAISONS AUX NIVEAUX INFRA-ATOMIQUES

Une liaison à l'échelon particulaire dépend toujours d'une interaction soit newtonienne soit coulombienne

 

LIAISONS AUX NIVEAUX INFRA-ATOMIQUES

-liaison entre nucléons

on appelle énergie de liaison la différence entre la somme des énergies de masse des nucléons d'un noyau, considérés séparément et de l'énergie de la masse groupée.

 

-liaison nucléaire (entre protons et neutrons) 

dans un atome, on définit l'énergie de liaison par nucléon sous la forme approchée >> Ez = (m.A - Σmn).c²

où Ez(J)= énergie de liaison des particules du noyau

mn(kg)= masse d’un nucléon à l’état libre

A= nombre de masse du corps

Σmn(kg)= masse de tous les nucléons liés dans le noyau

c(m/s)= constante d'Einstein (2,99792458 .108 m/s)

En pratique cette énergie de liaison est de l’ordre de 0,5% de l’énergie impliquée dans la masse totale

Les valeurs sont approximativement les suivantes (en MeV) >>

D(1)--He(7)--Li(6)--O(8)--ensuite progression lent jusqu'aux fer-nickel(9)-- ensuite baisse lente jusqu'à l'uranium (8)

 

-liaison noyau-électrons orbitaux

liaison coulombienne

 

-liaison noyau-électron libre

La liaison de valence est le nombre maximal de liaisons simples qu’un atome peut offrir à des électrons libres. Ces liaisons sont possibles par le truchement des électrons de sa couche externe dont le moment (de spin) n’est pas saturé (une particule est dite à spin saturé  quand 2 spins voisins sont antiparallèles et égaux)

Les forces de valence (liaisons) expliquent la rigidité et l’impénétrabilité des corps

 

LIAISONS AUX NIVEAUX ATOMIQUE et MOLECULAIRE

1-liaisons intramoléculaires

Il s'agit ici des liaisons entre les constituants moléculaires (ions, atomes)

Il y en a trois composantes :

1.1-liaisons covalentes (ou homopolaires)

Entre atomes de corps possèdant une moyenne différence d'électronégativité

C'est une liaison chimique entre 2 atomes non métalliques (grâce à l'association d'électrons orbitaux)

Ce sont des corps ayant des atomes de valence pouvant compléter des couches électroniques chez des atomes voisins.

Ces liaisons peuvent être doubles (doublets) ou triples (triplets)...

L’énergie El de cette liaison est de l’ordre de2 à 5 eV par atome (cas des corps organiques)

Exemples de liaison covalente Cl² // C2H4 //

 

 

1.2-liaisons ioniques (ou hétéropolaires)

Entre atomes de corps possèdant une forte différence d'électronégativité

La formule d'évaluation de l'énergie est  Ez = Q².K1 / Ω.ε.l

avec Ez(J)= énergie de liaison

Q(C)= charge électrique

K1(nombre)= constante dite de Madelung

Ω(sr)= angle solide dans lequel s’effectue l’attraction (vaut 4 pi sr si l’on est en système d’unités S.I.+)

ε(F/m-sr)= constante diélectrique ambiante

La constante de Madelung (K1) ci-dessus est égale (pour un ion donné) au rapport moyen entre la distance d’un ion proche et la distance d’un ion lointain.

Sa valeur approximative mnémotechnique : K1 # 1,732 (racine de 3) mais exceptionnellement elle peut être plus forte pour certains corps 

Exemple de liaison ionique : NaCl

Valeurs de cette énergie de liaison EZ = de l’ordre de 12 eV par atome (soit # 2.10-18 Joule)

1.3-liaisons métalliques

concernent les métaux (alliages inclus), c'est à dire des corps constitués d'ions (+) reliés par des électrons errants. Energie de liaison EZ = de l’ordre de 1 eV

 

2-liaisons intermoléculaires

Il s'agit ici des liaisons entre des molécules

2.1-liaisons de Van der Waals

 Il s'agit d'une attraction dipolaire (valeurs entre 0,1 et 1,4 eV) Dans les liquides

On y distingue trois composantes :

2.1.1-forces de Debye

ce sont des forces d'origine interactive électrique, entre molécules

L'énergie qui en découle est :

ED = (Mé1².g2*+ Mé2².g1* / (W.e0)²/ l6

où Mé1 & 2 sont les moments électriques coulombiens des molécules, W(sr) est l'angle solide dans lequel se fait l'interaction(4p), e0 est la permittivité du vide, g* (F-m²) sont les polarisabilités et l(m) la distance intermoléculaire

2.1.2-forces de Keesom

ce sont des forces d'origine électrique, jouant sur l'orientation (alignement) des dipôles moléculaires.

La force de Keesom est FK = Mé1².Mé2².W.V.z' / l7

et l'énergie correspondante est EK = Mé1².Mé2² / 3(W.e0)².kB.T.l6

où  e0 est la permittivité, V(m3) le volume, T(K) la température et les autres symboles idem ci-dessus

2.1.3-forces de London

ce sont des forces d'origine électrique, jouant sur la magnétisation des molécules. L'énergie correspondante est EL(fonction de g*1.g*2)/ l6)

où g* sont les polarisabilités des molécules (en F-m²)

2.1.4-synthèse

Pour les cristaux solides -et jusqu’aux limites du 0°K absolu- l'énergie de liaison intermoléculaire (1 molécule avec 1 autre molécule, identique ou non) est parfois simplifiée sous la forme :

EVdW = [Ω.c²/ Z*] / nt.[K2 / l6 + K3 / l12]

avec EVdW(J)= énergie de liaison

Z*(m²/ kg-s) = inertance

c(m/s)= constante d'Einstein (2,99792458 .108 m/s)

Ω(sr)= angle solide dans lequel s’effectue le phénomène(en général Ω est l’espace entier, soit 4p sr pour les systèmes d’unités qui, comme le S.I.+, a comme unité d’angle le stéradian)

nt(m²/s)= constante de diffusion d’Einstein

l(m)= constante de réseau

K2= coefficient de Van der Waals, dimensionnel en l-6

K3= coefficient de Lennard-Jones, dimensionnel en l-12

En application pratique, comme l # 10-10 et K2 # 10-77    

on a une EVdW # 10-17J (soit 100 eV)

Il s'agit là des liaisons dans les cristaux solides (et leurs destructions sont nommées "changement d’état") 

 

2.2-liaisons (pont) hydrogène

ce sont des liaisons entre molécules dont les dipôles ont un moment électrique (Mé) élevé

Il y a mise en commun d'un proton.

Par exemple liaison entre (1 H déjà lié) et (1 nouvel atome électronégatif)

Energie de liaison = de l’ordre de 0,2 à 1,2 eV

2.3-liaisons halogènes

ce sont des liaisons entre molécules de faible densité électronique (d'une part) et celles de forte densité électronique, facilement polarisables, d'autre part

Les premiers cités sont des halogènes (iode, brome) et les autres sont des dérivés azotés et oxygénés (amines, amides, éthers, amides...)

 

3-liaison d'atomes

Les atomes ont une cohésion, grâce à une énergie E qu'il faut vaincre pour éventuellement les casser    

E = m.c²(Z.α)² / 2 n²

où E(J)= énergie de liaison

Z = numéro atomique

c(m/s)= constante d'Einstein (2,99792458 .108 m/s)

n = nombre quantique principal et α = constante de couplage

-l’énergie de liaison d’état fondamental de l’atome d’hydrogène est 13,6 eV (# 2,2.10-18 J) Pour les autres corps, elle est moindre (quelques eV).