7. Problèmes particuliers
• Effets des rotations et des vibrations dans les gaz non monoatomiques
Dans tout ce qui précède, on a assimilé les molécules à des masses ponctuelles ; en d'autres termes, on a admis que le mouvement d'une molécule était complètement défini par les variables ri et wi, qu'on peut considérer comme la position et la vitesse du centre de gravité de la molécule ; on peut encore dire qu'on n'a tenu compte que de l'agitation thermique de translation des molécules. D'autre part, on a admis que les forces d'interaction étaient des forces centrales dérivant d'un potentiel ϕ(r). Il est clair que ces hypothèses s'appliquent bien aux gaz constitués de molécules monoatomiques (gaz rares, vapeurs métalliques). Si l'on considère maintenant des gaz constitués de molécules diatomiques (H2, N2, O2, ...) ou polyatomiques (CO2, H2O, ...), la description utilisée ne constitue qu'une première approximation, certes très utile, mais qui doit être corrigée sur certains points, pour tenir compte des phénomènes suivants :
– Une molécule diatomique ou polyatomique est animée d'un mouvement de rotation autour de son centre de gravité ; les énergies de rotation sont quantifiées, mais les quanta de rotation sont en général très faibles (de 10-2 à 10-5 eV) devant les énergies d'agitation thermique, de sorte que de nombreux niveaux de rotation sont excités ; il en résulte, d'après le principe de correspondance, qu'une description classique des rotations moléculaires est une assez bonne approximation (cf. mécaniquequantique).
– Une molécule diatomique ou polyatomique est animée d'un mouvement de vibration des divers atomes la constituant ; dans les molécules diatomiques, la vibration se produit selon l'axe des deux noyaux ; dans les molécules polyatomiques, il existe des modes propres de vibration qui dépendent de la structure des molécules. Les quanta de vibration sont plus élevés que ceux de rotation ; pour les molécules stables ils sont, à la température ordinaire, nettement supérieurs aux éne […]
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