Simulation de Forces intermoléculaires

À propos de cette expérience

Écartez les centres moléculaires et faites pivoter leurs dipôles tout en mesurant l’énergie de paire et la force radiale. Comparez la dispersion, l’orientation dipolaire et un schéma illustratif de liaison hydrogène directionnelle, sans assimiler un potentiel de paire à une simulation de l’ébullition d’un système macroscopique.

Objectifs pédagogiques

Distinguez la répulsion à courte portée de l’attraction à plus longue portée.
Expliquez comment l’orientation du dipôle change le signe de l’interaction.
Comparez la directionnalité des liaisons hydrogène aux valeurs de référence indépendantes du point d’ébullition normal.

Comment l’utiliser

1Utilisez la référence non polaire et trouvez le minimum d’énergie de Lennard-Jones.
2Choisissez HCl et comparez les dipôles en configuration tête-à-queue à ceux disposés côte à côte.
3Choisissez le schéma de l’eau et faites pivoter une molécule pour l’éloigner de l’attraction directionnelle.
4Modifiez l’intensité de l’interaction du modèle et confirmez que le point d’ébullition de référence, indiqué séparément, reste inchangé.

Le modèle

U_{LJ} = 4 ϵ [(σ / r)^{12} - (σ / r)^{6}]

Le minimum de Lennard-Jones se situe à la racine sixième de deux multipliée par sigma.

U_{dd} = \frac{μ ^{2}}{4 π ϵ _{0} r ^{3}} [cos (θ_{1} - θ_{2}) - 3 cos θ_{1} cos θ_{2}]

Les dipôles se trouvent dans un même plan, la séparation étant portée par leur axe horizontal.

U_{H} f_{D} (θ) f_{A} (θ) = - D_{H} f_{D} (θ_{1}) f_{A} (θ_{2}) e^{- [(r - 2.9) /0.45]^{2}} = max (0, cos (θ - β), cos (θ + β))^{4} = max (0, cos θ)^{4}, β = 52.2 5^{\circ}

Le facteur donneur utilise la mieux alignée des deux orientations O-H, situées à 52,25 degrés du dipôle ; le facteur accepteur utilise son angle dipolaire. Ce puits gaussien est donné à titre illustratif ; les distances sont exprimées en angströms.

Hypothèses

L’interaction combinée basée sur les centres n’est pas un champ de force validé pour un liquide réel. L’approximation dipolaire devient imprécise aux distances moléculaires.
Les schémas du puits directionnel illustrent l’alignement des liaisons hydrogène ; ils ne constituent pas un calcul électronique d’une liaison hydrogène. Les angles sont imposés au lieu d’évoluer sous l’effet d’un couple.
Les points d’ébullition normaux sont des valeurs de référence approximatives et indépendantes du NIST à une atmosphère. Ils ne sont pas recalculés à partir de paramètres de paire modifiés.

À essayer en classe

Q1Pourquoi des dipôles de même intensité peuvent-ils s’attirer dans une orientation et se repousser dans une autre ?
Q2Pourquoi un seul puits d’énergie de paire ne suffit-il pas à calculer le point d’ébullition d’un liquide ?

Foire aux questions

Les flèches bleues des dipôles représentent-elles des trajectoires d’électrons ?

Non. Elles indiquent la direction choisie du dipôle moléculaire. Le modèle n’anime pas et ne représente pas les électrons individuellement.

Que se passe-t-il lorsque le terme de liaison hydrogène est désactivé ?

Sa contribution directionnelle à l’énergie disparaît, tandis que la dispersion, la répulsion et toute contribution de dipôle ponctuel restent présentes.

Forces intermoléculaires

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