Force de Keesom : qu'est-ce que c'est ?

Autrefois, on parlait volontiers d'interaction dipôle-dipôle. Mais aujourd'hui, les physiciensphysiciens appellent forces de Keesom, le résultat de l'interaction intermoléculaire qui existe entre deux dipôles permanents. Elles sont liées à l'électronégativité. Et ces forces sont d'autant plus fortes que les moments dipolaires sont élevés.

Les forces de Keesom ont été nommées en l’honneur du physicien néerlandais Willem Hendrik Keesom (1876-1956). Un spécialiste des cryotempératures qui a, le premier, proposé une description mathématique de ces forces en 1912.

Notez que les forces de Keesom sont une composante -- souvent la plus forte -- des forces de Wan der Waals -- celles qui permettent au gecko de coller aux mursmurs. Avec les forces de Debye qui correspondent aux interactions entre un dipôle permanent et un dipôle induit, et les forces de London ou de dispersion qui, elles, renvoient aux interactions entre un dipôle instantané et un dipôle induit.

Les molécules polaires présentent, par exemple, des températures de changement d’état plus élevées que les molécules apolaires de masses molaires semblables. La température d’ébullition de l’acétone (56 °C) est ainsi bien supérieure à celle du butane (-0,5 °C). En causse, les forces de Keesom. © kittisak, Adobe Stock

Force de Keesom : un effet sur les propriétés de la matière

Finalement, lorsque deux molécules polaires se présentent avec des moments de dipôles non nuls, la force de l'attraction entre elles peut varier en fonction de leur orientation. Ainsi, lorsqu'elles sont livrées à elles-mêmes, les molécules ont tendance à s'aligner de manière à minimiser leur énergie. Un alignement que l'agitation thermique peut remettre en cause.

Les forces de Keesom dépendent ainsi de la température, des moments dipolaires, mais aussi de la distance. Elles n'agissent en effet qu'à faible distance et s'atténuent extrêmement vite. Inversement à la distance à la puissance 7 ! L'énergie rattachée demeure assez faible puisqu'elle est comprise entre 0,5 et 3 kilojoules par molemole (kJ/mol). Alors même que l'énergie d'une liaison chimiqueliaison chimique est supérieure à 100 kJ/mol.

En tant que forces intermoléculaires, les forces de Keesom sont à l'origine de certaines propriétés de la matière. Elles sont ainsi, en partie, à l'origine de la cohésion des liquidesliquides. Lorsque ceux-ci font intervenir des molécules polaires, des molécules dont le moment dipolaire est non nul. C'est le cas de la molécule d'acide chlorhydriqueacide chlorhydrique (HCl), par exemple, ou encore de la molécule d'eau (H₂O).

Champ lexical : force d'orientation | interaction dipôle-dipôle