3. Les gaz réels en équilibre thermodynamique
• Forces intermoléculaires
La nature des forces intermoléculaires est d'origine électromagnétique et résulte de l'existence de charges électroniques et nucléaires. L'interaction entre deux molécules séparées par la distance r s'exprime par l'énergie potentielle V(r) ou par la force F(r) reliée au potentiel par :
En général, V(r) et F(r) dépendent également de l'orientation relative des molécules. Le potentiel intermoléculaire V(r) possède la forme générale représentée sur la figure 3. Cette forme traduit l'existence de forces attractives à longue portée (r ~ 1 nm) et répulsives à courte portée (r ~ 0,1 nm). Les premières, appelées forces de Van der Waals, sont responsables de la condensation des gaz lorsque leur température est suffisamment basse. Les secondes sont à l'origine de la compressibilité limitée de la matière condensée. L'idée que les molécules se repoussent à courte distance et s'attirent à longue distance a été proposée pour la première fois par le physicien allemand Rudolf Clausius en 1857. Mais ce n'est que grâce à la mécanique quantique qu'on a pu arriver, vers 1930, à une compréhension satisfaisante de la nature des forces intermoléculaires. Leur description précise, entreprise depuis le début des années 1960, est l'un des objectifs majeurs de la physique moléculaire.
Forces attractives
Un atome, ou une molécule, constitue une distribution de charges caractérisée par ses moments multipolaires :[…]
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