Propriétés générales des liquides

Si on devait énumérer une série de caractéristiques de l’état liquide, on dirait que :

* C’est un état condensé avec une densité élevée qui entraine une compressibilité très limitée.

* Il occupe un récipient et qu’il fait des interactions avec les parois, ce qui provoque les ménisques.

* Il possède une capacité calorifique à pression constante environ égale à sa capacité calorifique à volume constant : Cp ≈ Cv (ceci montre que l’état liquide est très proche de l’état solide)

* Il a une grande résistance au mouvement : viscosité

A partir de ces caractéristiques, les scientifiques se sont demandés si l’état liquide était plutôt une dégénérescence d’un état gazeux ou une dégénérescence d’un état solide. Bernal, en 1937, affirma qu’il s’agit plutôt de la deuxième proposition en étudiant le volume des substances solides et liquides. En général, le volume d’un liquide est environ 13 % supérieur au volume du solide correspondant.

Selon lui, un solide passe à l’état liquide en faisant deux choses différentes :

- Augmente la distance intermoléculaire

- Augmente la présence de défauts (« trous plus grands que d’autres »)

Si on s’intéresse aux fonctions de distribution radiale (= graphe où l’abscisse est la distance entre molécules et l’ordonnée est la probabilité de présence à une certaine distance) des différents états, l’hypothèse de Bernal apparait clairement.

En effet, dans ce graphe, l’état gazeux est symbolisé par une droite horizontale car la probabilité de trouver une molécule à un endroit particulier de l’espace est homogène. Si on prend le cas de l’état solide, on observe que la probabilité de présence est nulle dans l’espace excepté à des distances bien précises que l’on appelle « distances de premiers voisins » et qui correspondent aux endroits où sont réellement situés les atomes.

A l’état liquide, on observe qu’à faible distance, la probabilité de présence est nulle excepté à certaines distances particulières. Ce qui fait penser à ce que l’on observe à l’état solide. A grande distance, le graphe évolue vers une droite horizontale. Ce qui fait penser à l’état gazeux.

En conclusion, on peut dire qu’un liquide à courte portée ressemble à un solide, avec la condition que certaines particules se déplacent, ce qui crée des « trous ». Il évolue à longue portée vers un gaz.

Ce graphe permet de voir que le nombre de particules aux distances de premiers voisins diminue lorsqu’on passe de l’état solide vers l’état liquide. C’est dû au fait que les molécules vont se déplacer lors de la fusion. Néanmoins, il existe des exceptions à l’observation précédente : par exemple, la molécule d’eau. C’est l’une des seules molécules où lors de la fusion le nombre de particules aux distances de premiers voisins augmente. Ainsi, la densité de l’eau liquide est plus grande que celle de l’eau solide (glace). Cette particularité est dû au fait que la glace est une structure poreuse (pleins de petits interstices) consolidée et organisée grâce aux ponts hydrogènes. Lors de la fusion, ces liaisons vont se briser et les molécules vont se déplacer dans les interstices, ce qui va augmenter la densité. Ceci explique pourquoi la glace flotte sur l’eau liquide.

Tout ceci montre bien que l’hypothèse de Bernal est bien confirmée.

Revenons aux caractéristiques des liquides : Ceux-ci sont aussi caractérisés par une tension superficielle particulière. Prenons le cas illustré par la figure X. Nous allons distinguer 2 gouttes de liquide différentes :

* Une goutte à la surface : Il n’y a pas beaucoup d’interactions intermoléculaires car elle ne peut en faire qu’avec les molécules en dessous d’elle.

* Une goutte au centre : Il y a beaucoup d’interactions intermoléculaires car elle est totalement entourée par d’autres gouttes d’eau.

Cette dernière configuration est donc beaucoup plus stable que la configuration où elle se situe à la surface du liquide. En conclusion, on peut affirmer que les molécules vont chercher à minimiser leur surface.

Une autre caractéristique intéressante des liquides est leur viscosité (= grandeur qui est définit comme la résistance à un écoulement uniforme). Les liquides ont tous des viscosités propres. Qualitativement, on peut dire que la viscosité augmente avec le nombre d’interactions intermoléculaires de la substance considérée. Ainsi, en comparant les interactions intermoléculaires (cfr. point 1.3 : le gaz réel) entre deux substances, on peut dire que celle qui en possède le plus est la substance la plus visqueuse.