Interactions intermoléculaires et cohésion

Les interactions de Van der Waals

Les interactions de Van der Waals sont des forces attractives de faible intensité entre molécules. Elles regroupent trois contributions :

Interaction de Keesom (dipôle permanent – dipôle permanent)

Entre deux molécules polaires, les dipôles permanents s'attirent mutuellement. Plus le moment dipolaire $\mu$ est élevé, plus l'interaction est forte.

Interaction de Debye (dipôle permanent – dipôle induit)

Une molécule polaire polarise une molécule voisine (même apolaire), créant un dipôle induit. L'attraction résultante est l'interaction de Debye.

Interaction de London (dipôle instantané – dipôle induit)

Même entre molécules apolaires, des fluctuations instantanées du nuage électronique créent des dipôles temporaires qui induisent des dipôles dans les molécules voisines. L'interaction de London existe dans toutes les molécules.

La liaison hydrogène

La liaison hydrogène est une interaction intermoléculaire plus forte que les forces de Van der Waals. Elle se forme lorsqu'un atome d'hydrogène, lié à un atome très électronégatif ($O$, $N$, $F$), interagit avec un autre atome électronégatif porteur d'un doublet non liant :

$$ X-H \cdots Y \quad ext{avec } X, Y \in \{O, N, F\} $$

Exemples :
- Dans l'eau : $O-H \cdots O$
- Dans l'ADN : $N-H \cdots O$ et $N-H \cdots N$

Énergie typique d'une liaison hydrogène : $10$ à $40$ kJ·mol$\mu$0 (contre $\mu$1 kJ·mol$\mu$2 pour Van der Waals).

Influence sur les propriétés physiques

Les interactions intermoléculaires déterminent les propriétés macroscopiques de la matière :

Température d'ébullition

• Plus les interactions sont fortes, plus la température d'ébullition est élevée.
• L'eau ($\mu$3 °C) bout bien plus haut que le sulfure d'hydrogène $\mu$4 ($\mu$5 °C), grâce aux liaisons hydrogène.

Viscosité

• Plus les interactions intermoléculaires sont intenses, plus le liquide est visqueux (résistance à l'écoulement).
• Le glycérol (3 groupes $\mu$6, nombreuses liaisons H) est très visqueux comparé à l'éthanol.

Ordre de grandeur des interactions