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Force de van der Waals

Une liaison de van der Waals est une interaction de faible intensité entre atomes, molécules, ou une molécule et un cristal. C'est un phénomène qui ne peut bien se comprendre que dans le cadre de la physique quantique.

A courte distance (entre 0,2 nm et quelques dizaines de nm), elle peut se décrire comme une interaction entre le dipôle instantané, que les fluctuations quantiques font apparaître sur un atome et le dipôle qu'il induit sur l'autre.

Il s'ensuit que la force de van der Waals entre atomes (entre molécules) varie en r ^-7, r étant la distance entre les deux partenaires.

Dans le cas de moléculaires polaires, cette force s'ajoute à la force purement électrostatique (de même comportement) entre les dipôles permanents. Dans le cas de molécules à symétrie sphérique, d'atomes... la force de van der Waals est la seule qui entre en jeu pour ces distances.

A très longue distance, où il ne peut plus être question de liaison chimique, la force de van der Waals entre dans le cadre de l'électrodynamique quantique : à courte et longue distance, elle se décrit proprement comme due à l'échange des photons virtuels entre les atomes. On entre alors dans le cadre des forces de Casimir, variation en r ^-8.

La liaison van der Waals n'entre pas dans le cadre des liaisons chimiques, en ce sens que les électrons restent sur leurs atomes (ou molécules) respectifs (les termes d'échanges restent négligeables). Elles sont l'origine du terme de pression négative intervenant en correctif dans l'équation du gaz parfait. Elles sont essentielles pour appréhender les forces entre atomes de gaz rare.

Pour les très courtes distances on entre alors dans le domaine de la chimie, où les diverses liaisons liaison hydrogène, liaison métallique... deviennent compétitives, et peuvent l'emporter.

Les forces de van der Waals participent ainsi à la physisorption, entrent en jeu dans le phénomène de capillarité.

Les échanges de photons virtuels, qui sont leur fondement théorique, se retrouvent dans des phénomènes de même type : forces entre deux surfaces.