MATIÈRE (physique)État liquide

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La structure des liquides à l'échelle moléculaire

La fonction de distribution de paire

La diffusion des rayonnements de courte longueur d'onde, rayons X ou neutrons, révèle que les liquides se caractérisent par un certain ordre à courte distance mais sont désordonnés à longue distance. Dans le cas d'un liquide formé de particules sphériques (atomes, molécules), la seule variable géométrique servant à décrire le système est la distance r entre les centres des particules. La structure du liquide est décrite par une fonction de distribution de paire g(r) qui permet de définir la probabilité de trouver une deuxième particule à une distance r de la première. Ainsi, si l'on prend comme origine le centre d'une particule et que l'on considère deux sphères de rayons r et dr centrées en ce point, le nombre moyen de particules ayant leur centre entre ces deux sphères est de :

où N est le nombre moyen de particules contenu dans un volume V de liquide. Dans le cas de liquides dont les molécules ont une forme non sphérique, on doit, outre la distance r, considérer des variables angulaires définissant l'orientation relative des deux molécules. Il est cependant toujours possible de définir une fonction g(r) qui représente une moyenne sur toutes les orientations. Ainsi, dans tous les cas, la fonction de distribution de paire a la forme donnée par la figure 2. À grande distance, elle tend vers 1, ce qui signifie que le liquide est représenté par la densité moyenne de particules N/V. À très courte distance, g(r) est évidemment nulle, puis passe par un maximum très marqué pour une distance r0 qui représente la distance moyenne entre les centres de deux molécules voisines.

Fonction de distribution de paire de l'argon solide

Dessin : Fonction de distribution de paire de l'argon solide

Dessin

Fonction de distribution de paire de l'argon liquide. Les points sont calculés pour un ensemble de sphères dures de diamètre s. 

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La fonction de distribution de paire est obtenue expérimentalement à partir de l'analyse de la variation angulaire de l'intensité de rayons X diffusée. Elle permet le calcul de nombreuses propriétés du liquide. On peut en particulier démontrer que la compressibilité isotherme χT obéit à l'équation :

k est la constante de Boltzmann et T la température absolue.

Les potentiels intermoléculaires et les modèles de l' [...]


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États désordonnés de la matière

États désordonnés de la matière
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Diagramme d'équilibre

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Liquides : coefficient de viscosité

Liquides : coefficient de viscosité
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Pour citer l’article

Jean-Louis RIVAIL, « MATIÈRE (physique) - État liquide », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 27 septembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-liquide/