MATIÈRE (physique) État liquide
La structure des liquides à l'échelle moléculaire
La fonction de distribution de paire
Fonction de distribution de paire de l'argon solide
Encyclopædia Universalis France
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 r + dr centrées en ce point, le nombre moyen de particules ayant leur centre entre ces deux sphères est de :
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 :
Les potentiels intermoléculaires et les modèles de l'état liquide
Potentiels de paire
Encyclopædia Universalis France
Pour comprendre théoriquement l'état liquide, il convient d'avoir en mémoire qu'il existe toujours entre deux molécules neutres des forces présentant un caractère attractif à courte distance, que l'on nomme forces de Van der Waals. Elles se manifestent par un minimum de la courbe de variation de l'énergie d'interaction u(r) avec la distance. Dans le cas le plus simple, celui de deux atomes de gaz rare, l'énergie d'interaction ne dépend que de la distance, et sa variation est donnée par l'équation empirique de Lennard-Jones (fig. 3a). Pour des systèmes plus complexes, d'autres phénomènes peuvent venir s'ajouter aux précédents pour modifier fortement la forme de la courbe u(r) (fig. 3b). On retrouve cependant le minimum très marqué aux courtes distances interatomiques.
L'énergie d'interaction qui existe entre les particules d'un liquide permet d'en comprendre qualitativement les propriétés. Tout d'abord, elle explique la présence des phases liquide et solide à des températures même proche du zéro absolu où, en l'absence de cette énergie, l'agitation thermique serait suffisante pour donner immédiatement l'état gazeux. Elle permet également de comprendre le phénomène de tension superficielle des liquides. En effet, l'énergie d'interaction conduit chaque molécule à chercher à s'entourer du plus grand nombre de voisines, le liquide a donc tendance à présenter la surface libre le plus petite possible.
Du point de vue quantitatif, si l'on suppose que l'énergie d'interaction de n molécules peut se décomposer en une somme des énergies d'interaction de paire (ce qui[...]
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Écrit par
- Jean-Louis RIVAIL : professeur de chimie théorique à l'université de Nancy-I
Classification
Pour citer cet article
Jean-Louis RIVAIL. MATIÈRE (physique) - État liquide [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Médias
États désordonnés de la matière
Encyclopædia Universalis France
Diagramme d'équilibre
Encyclopædia Universalis France
Liquides : coefficient de viscosité
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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ÉTAT DE LA MATIÈRE, notion d'
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L'expérience quotidienne permet à chacun d'appréhender la notion d'état de la matière (parfois appelé phase) et celle de transition de phase qui lui est étroitement liée. L'exemple typique est celui des trois états si différents que prend l'eau lorsque sa température varie : à partir de 0 ...
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MATIÈRE, notion de
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Le mot « matière » cache sous sa généralité abstraite une origine concrète fort éclairante. En latin archaïque, materia appartient à la langue rustique et désigne la substance dont est fait le tronc de l'arbre, en tant qu'elle est productrice (de branches, de feuilles). L'élargissement successif...
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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
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Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent...
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...associé est bâti avec les antiquarks correspondants. Les mésons résultent de la liaison d'un quark et d'un antiquark. Dans cette description moderne, la matière est constituée par trois « générations » de quarks et de leptons, le nombre trois a été établi par les expériences du C.E.R.N. (laboratoire européen... -
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L'atome est le terme ultime de la division de la matière dans lequel les éléments chimiques conservent leur individualité. C'est la plus petite particule d'un élément qui existe à l'état libre ou combiné. On connaît 90 éléments naturels auxquels s'ajoutent le ...
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- Écrit par Bernard PIRE
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Deux ans après avoir soutenu sa thèse sur la théorie électronique des métaux, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) écrit en 1913 trois articles fondamentaux qui révolutionnent la compréhension de la structure de la matière. Le premier, paru le 5 avril dans le Philosophical Magazine...
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Voir aussi
- HYDROGÈNE LIAISON
- LIQUIDE ÉTAT
- ÉTATS DE LA MATIÈRE
- POTENTIEL INTERMOLÉCULAIRE
- INTERACTIONS MOLÉCULAIRES
- EAU, physico-chimie
- PHASE TRANSITIONS DE
- ÉTAT CHANGEMENT D'
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- POINT TRIPLE, thermodynamique
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- LENNARD-JONES POTENTIEL DE
