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Remarque préléminaire.
En chimie, une force de Van der Waals (interaction de Van der Waals
ou liaison de Van der Waals) est une interaction électrique de
faible intensité entre atomes, molécules, ou entre une
molécule et un cristal. Bien qu'il soit possible de
décrire sommairement cette interaction en considérant
les forces électriques qui sont présentes entre tous
les couples de charges électriques qui forment ces atomes et
ces molécules en définitive, c'est un
phénomène qui ne peut bien se comprendre que dans le
cadre de la physique quantique. Ces forces ont été
nommées en l'honneur du physicien néerlandais Johannes
Diderik van der Waals (1837 1923), prix
Nobel de physique 1910 (lien
sur ce scientifique), qui fut le premier à introduire
leurs effets dans les équations d'état des gaz en 1873
(voir également Gaz
de van der Waals sur
Wikipedia).
Il a fallut attendre la découverte de léquation
de Schrödinger pour modéliser plus
précisément ces forces dont la loi ne varie plus en
1/R2, comme pour l'électrostatique, mais
1/R7.
En fait, il sagit de la combinaison pour lessentiel de
trois types de forces distinctes résultant de
différents effets :
Explications.
Afin de tenir compte des interactions entre les molécules
gazeuses, van der Waals (Johannes Diderik van
der Waals) a introduit une correction au terme P de
léquation de Boyle-Mariotte sous la forme : P + a
/V2
Le terme en V2 qui se trouve au dénominateur permet de
traduire que, pour une quantité fixe de gaz, plus le volume
est grand et plus les molécules sont éloignées
les unes des autres. Il en résulte que cette correction est
dautant plus faible que le volume est grand.
Le comportement non-idéal des gaz réels est surtout
attribué à deux causes :
ainsi donc, les constantes a et b de Van der Waals
tentent de tenir compte de ces réalités.
En résumé, les deux précédentes
corrections transforment la loi de Boyle-Mariotte sous la forme de la
loi de Van-Der-Waals ou Équation d'état de Van der
Waals :
avec :
Exemples de coefficients a (kPa L2/mol2) et b (L/mol) pour 15 gaz :
Gaz |
a |
b |
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Nota : données expérimentales sujettes à des variations |
NB.
les valeurs de p et T sont faciles à calculer
puisque aisément isolés :
p = [nRT / (V- nb)] - [n² a / V²]
T = ( (p + [n² a / V²)] ).(V- nb) ) / nR
en ce qui concerne les valeurs de V et n, :
V = [ nRT / (p + (n²a / V²)) ] + nb
n = [ p + (n²a / V²) (V -nb) ] / RT
un processus d'approximations successives s'avère
nécessaire.
Nota : ++ >
Téléchagement
du programme interne gratuit VdW
(calculs sur une centaine de gaz ou vapeurs)
> ici
(118 ko).
> Pour en savoir plus :
Lien
vers Stretton's Chemistry Pages (Upper Canada
District School Board - Eastern Ontario / Canada),
> Constantes V.D.W a & b, pour plus de 200 produits (gaz et
composés volatils).
Lien
wikipédia.