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
Médias
États désordonnés de la matière
Encyclopædia Universalis France
Diagramme d'équilibre
Encyclopædia Universalis France
Liquides : coefficient de viscosité
Encyclopædia Universalis France
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