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Force Keesom

1921
  • Willem Hendrik Keesom
Expérience de laboratoire démontrant la force de Keesom avec des liquides polaires et des modèles moléculaires.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Une interaction électrostatique entre des molécules possédant des propriétés électriques permanentes dipôle Ces moments, comme l'eau ou le chlorure d'hydrogène, sont liés à la force résultant de la tendance de ces dipôles à s'aligner tête-bêche, induisant une attraction nette. Cette interaction dépend de la température, car l'agitation thermique perturbe cet alignement. L'énergie potentielle moyenne, calculée sur la base de l'orientation, varie selon la relation [latex]V propto -frac{1}{r^6 k_B T}[/latex].

La force de Keesom, ou interaction dipôle-dipôle permanente, est l'une des trois composantes de Van der Waals forces, décrivant plus précisément l'interaction entre deux molécules polaires. Une molécule polaire présente une séparation permanente de charges positives et négatives, créant une polarité électrique permanente. moment dipolaireLorsque deux molécules de ce type s'approchent l'une de l'autre, leurs dipôles interagissent électrostatiquement. La configuration d'énergie minimale correspond à un alignement attractif tête-bêche. Cependant, les molécules en suspension dans un fluide sont soumises à un mouvement thermique constant (rotation et translation), ce qui tend à désorienter leurs molécules.

La contribution de Willem Keesom a consisté à effectuer une moyenne statistique sur toutes les orientations possibles, pondérée par leur facteur de Boltzmann. Le résultat a montré qu'en moyenne, les orientations attractives sont légèrement plus probables que les répulsives, ce qui engendre une force attractive nette. L'intensité de cette interaction dépend uniquement de la température ; lorsque la température augmente, l'énergie thermique perturbe plus efficacement l'alignement et la force de Keesom s'affaiblit. Ceci se traduit par le terme 1/T dans l'équation de l'énergie potentielle. Cette force est cruciale pour comprendre le comportement de nombreuses substances courantes, notamment l'eau, dont les propriétés sont dominées par de fortes interactions dipôle-dipôle appelées liaisons hydrogène.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Physique atomique et moléculaire

Taper

Loi physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Électrodynamique classique (loi de Coulomb)
  • Le concept de moment dipolaire électrique par Peter Debye
  • Statistiques de Boltzmann pour décrire la distribution thermique des états

Applications

  • modélisation des propriétés physiques des liquides polaires comme l'eau (par exemple, point d'ébullition élevé)
  • comprendre les bases de la liaison hydrogène, un type fort d'interaction dipôle-dipôle
  • prédire la solubilité selon le principe « qui se ressemble s'assemble »
  • conception et fonction des cristaux liquides, qui reposent sur l'alignement moléculaire

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • développement de liquides ferroélectriques pour commutateurs optiques à grande vitesse
  • design of ‘smart solvents’ whose polarity and solvent properties can be tuned with temperature
  • création de chaînes polymères auto-alignantes pour les écrans électroniques avancés
  • capteurs moléculaires qui détectent les analytes polaires par liaison dipôle-dipôle
  • dispositifs de stockage d'énergie basés sur l'ordre d'orientation des molécules polaires dans un champ électrique
  • formulations pharmaceutiques qui contrôlent la cristallisation des médicaments via des interactions dipolaires
  • matériaux à conductivité thermique réglable basée sur un alignement moléculaire dépendant de la température
  • modèles avancés pour le repliement des protéines qui capturent avec précision les contributions dipôle-dipôle
  • membranes pour la purification de l'eau avec canaux polaires artificiels
  • catalyseurs where substrate orientation is controlled by dipole forces
Lié à : force de Keesom, interaction dipôle-dipôle, dipôle permanent, molécules polaires, force intermoléculaire, interaction électrostatique, liaison hydrogène, dépendance à la température, énergie potentielle, forces de van der Waals.

Contexte historique

Force Keesom

1918
1920
1920
1921
1922
1924
1925
1918
1919-05-29
1920
1920
1921
1924
1924
1925

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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