CB01a: Les liaisons chimiques suite à des collisions entre des particules

Cet effet de force se compose de deux forces partielles: d’une part, la force de répulsion entre les deux protons et entre les deux nuages électroniques et d’autre part, la force d’attraction entre le proton de chaque atome et le nuage électronique de l’autre atome.

Lorsque les deux atomes se trouvent à une très grande distance l’un de l’autre, ils n’ont guère d’influence l’un sur l’autre. La force de répulsion entre deux charges nucléaires est négligeable. Lorsque deux atomes se rapprochent, les deux noyaux atomiques (protons) chargés positivement se rapprochent toujours davantage l’un de l’autre. Etant donné que deux charges identiques se repoussent l’une l’autre, la répulsion entre les noyaux sera toujours plus forte. La force de répulsion entre les particules est proportionnelle au carré de la distance. Pour de petites distances, on obtient une force de répulsion supplémentaire suite au chevauchement des nuages électroniques, si bien que la force de répulsion totale (ligne jaune sur le graphique) devient très intense. La forme de la courbe qui décrit la répulsion entre les nuages électroniques ne peut être obtenue qu’à l’aide de la mécanique ondulatoire. La courbe expérimentale qui décrit la force de répulsion totale en fonction de la distance présente généralement une allure exponentielle.

Au fur et à mesure que les deux atomes se rapprochent l’un de l’autre, une seconde force apparaît également. L’attraction du nuage électronique du premier atome par la charge nucléaire de l’autre atome (force d’attraction entre des particules de charges opposées) ne fait qu’augmenter. Ce nuage électronique se retrouve de plus en plus entre les deux noyaux. De cette manière, les deux particules sont attirées l’une vers l’autre (ligne rouge sur le graphique).

Etant donné que les deux forces possèdent des directions opposées, on représente la force de répulsion avec une valeur positive et la force d’attraction avec une valeur négative.

L’endroit où les deux forces sont égales tout en étant opposées est désigné par le terme “distance de liaison” (r₀) entre les deux atomes.
Lorsque les deux atomes se rapprochent l’un de l’autre, la force des répulsions prédomine; lorsque les particules s’écartent l’une de l’autre, la force d’attraction l’emporte. Les particules reprennent chaque fois leur position d’équilibre. On peut comparer ce phénomène à un ressort auquel est suspendue une masse déterminée. Qu’on étire le ressort ou qu’on le comprime, il retourne toujours à son état de repos.

Dans cette position d’équilibre, l’énergie potentielle des particules est minimale. Cet état de fait est représenté sur le deuxième graphique.
On attribue la valeur zéro à l’énergie potentielle des deux particules se trouvant à une distance infinie l’une de l’autre. Lorsque les particules se rapprochent, l’énergie potentielle diminue jusqu’à ce qu’elle atteigne sa valeur minimale.
Les deux particules atteignent leur énergie potentielle minimale lorsqu’elles se trouvent à une distance de 0.74x10^-10 m l’une de l’autre. Cette distance représente la distance de liaison dans la molécule de dihydrogène.

Pour rompre une liaison, on doit ajouter de l’énergie (énergie de liaison) pour éloigner les particules l’une de l’autre.
Pour la molécule d’hydrogène, l’énergie de liaison s’élève à -436 kJ/mole. On veut dire par là que, pour décomposer 1 mole de dihydrogène en 2 moles d’atomes d’hydrogène, on a besoin d’une énergie de 436 kJ.