Forces de Keesom

Les forces de Keesom résultent d'une interaction intermoléculaire entre dipôles permanents. Elles ont été appelées en l'honneur de Willem Hendrik Keesom qui fut le premier à apporter leur formulation mathématique en 1912.



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Liaison chimique - Chimie générale - Physique quantique - Électromagnétisme

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  • Forces de Keesom Les interactions de LONDON sont générales. Elles se manifestent dans l'ensemble des types de molécules, qu'elles soient polaires ou non polaires.... (source : books.google)

Les forces de Keesom résultent d'une interaction intermoléculaire entre dipôles permanents. Elles ont été appelées en l'honneur de Willem Hendrik Keesom qui fut le premier à apporter leur formulation mathématique en 1912.

Les forces de Keesom sont essentiellement liées à l'électronégativité. Elles apparaissent entre au moins deux molécules polaires (dipôles dits permanents), d'où leur ancien nom d'interaction « dipôle-dipôle ». Les forces de Keesom, tout comme les forces de Debye (dipôle permanent / dipôle induit) et de London (dipôle induit / dipôle induit) ne sont qu'une composante des forces de Van der Waals. Généralement les forces de Keesom représentent la part principale de ces interactions, mais ce n'est pas forcément vrai.

Les forces de Keesom sont directionnelles. On peut rattacher les interactions de Keesom aux interactions ioniques, mais comme les forces de Keesom ne font intervenir que partiellement les charges, elles sont moins fortes.

Les forces de Keesom permettent fréquemment d'expliquer l'évolution de certaines propriétés physiques selon le moment dipolaire dans des molécules de structure proche. En effet, les forces de Keesom jouent pour une grande part dans l'agencement des molécules les unes comparé aux autres. Pour vaincre les forces de Keesom qui existent entre molécules polaires, il est indispensable d'apporter une énergie plus grande que dans le cas des molécules de même masse molaire mais apolaires. Ainsi les liquides à molécules polaires ont fréquemment des températures d'ébullition plus élevées que ceux à molécules apolaires de même masse molaire.

Formulation

On étudie l'interaction entre deux dipôles de moments dipolaires permanents respectifs μ1 et μ2 éloignés d'une distance moyenne r. En l'absence d'autres forces extérieures, les dipôles s'alignent pour minimiser l'énergie, comme le feraient deux aimants. Néanmoins, à cause de l'agitation thermique, ils ont aussi tendance à se désaligner. Il existe par conséquent un degré de liberté angulaire à prendre en compte avec la statistique de Boltzmann. L'énergie potentielle E qui s'ensuit a la forme :

 E \approx {{-\mu_1ˆ2 \cdot \mu_2ˆ2} \over {3(4 \cdot \pi \cdot \epsilon_0)ˆ2 k_B \cdot T \cdot rˆ6}}\,

Avec :

En calculant la dérivée de l'énergie comparé à la distance moyenne r, on peut remonter à l'expression de la force de Keesom :

 F_{Keesom} = {{ \lambda (T) \cdot \mu_1ˆ2 \cdot \mu_2ˆ2 } \over {rˆ7}}\,

λ est une fonction de la température.

On remarque que les forces de Keesom s'atténuent particulièrement vite avec la distance (inversement proportionnelles à la puissance 7 de la distance). Notons en outre que les forces de Keesom sont liées à l'arrangement moléculaire et par conséquent à la température. Lorsque cette dernière augmente, les forces de Keesom faiblissent.

L'énergie de ce genre de liaison fluctue entre 0, 5 et 3 kJ/mol.

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