CHIMIE

Les interactions de van der Waals
CQFR
• Les interactions de van der Waals mettent en jeu des forces électrostatiques attractives entre dipôles et
se caractérisent par une faible énergie (quelques dizaines de kilojoules par mole) et une courte portée (quelques
centaines de picomètres).
• Les dipôles qui interagissent peuvent être permanents (doc. 1), induit (doc. 2) ou instantanés induits (doc. 3) :
A
d
– d + d
rp B
c(A) > c(B)
Doc. 1 Dipôle permanent
p = d . e . d
rp
+
d
–
dipôle induit
a est la polarisabilité de la molécule X2. La polarisabilité d’une molécule est proportionnelle au volume de
celle-ci : plus une molécule est volumineuse, plus elle est polarisable et plus les interactions de van der Waals
entre les molécules sont intenses.
• Les interactions de van der Waals correspondent à trois types d’effets :
– effet d’orientation ou interaction de Keesom entre dipôles permanents ;
– effet d’induction ou interaction de Debye entre dipôles permanents et dipôles induits ;
– effet de dispersion ou interaction de London entre dipôles instantanés et induits.
Chacune de ces interactions est caractérisée par une énergie potentielle de la forme E p =–K/ d 6 .
Pour une molécule polaire, l’énergie potentielle d’attraction E vdW s’écrit alors :
K A
EvdW =– K + KD + K
L
=–
d6 d 6
Une force d’attraction intermoléculaire, dite force de van der Waals
1
dérive de cette énergie potentielle : elle varie en .
d 7
• L’état d’équilibre d’un système moléculaire résulte de la superposition
d’interactions attractives de van der Waals et d’interactions
répulsives entre nuages électroniques. À l’équilibre, l’énergie potentielle
d’interaction E p int est minimale (doc. 4). La distance internucléaire
entre deux atomes non liés à l’équilibre permet de définir le
rayon de van der Waals des atomes dans les molécules.
• Les interactions de van der Waals permettent d’expliquer :
– la liquéfaction et la solidification d’espèces moléculaires ;
– l’évolution des températures de changement d’état des « gaz nobles »,
des dihalogènes, des hydrocarbures…
– les différences de solubilité d’un même soluté dans divers
solvants…
X 2
G –
G +
AB
dipôle permanent
oE local
rp induit
rp induit = a.oE local
Doc. 2 Dipôle induit :
p induit = a(X 2) . E
Interactions de faible énergie
– d + d – d + d
rp 1
rp 2
Doc. 3 Dipôle instantané induit.
O
E
E p int
B
d n
– A
d 6
11
Doc. 4 Énergies potentielles d’interaction.
d
COURS
© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
343