3.

Forces de cohésion et états de la matière

Les forces de cohésion expliquent l’existence des différents états de la matière. Lorsque ces forces d'interaction sont nulles, les particules sont indépendantes les unes des autres et sont libres de se déplacer dans n'importe quelle direction. Cet état théorique caractérise un gaz parfait. Dans un gaz réel, la cohésion est faible ; en revanche, elle est forte et règne dans toutes les parties d'un liquide ou d'un solide.

Les forces d’attraction entre atomes ou molécules qui assurent la cohésion sont d’autant plus fortes que les distances entre particules sont faibles. Or si l’on augmente la pression d’un gaz (à volume constant), on rapproche les particules ; de même si l’on diminue la température, on réduit l’agitation thermique des particules, donc leur vitesse. Ainsi lors de la liquéfaction d'un gaz, la pression est si élevée et la température si basse que les molécules, initialement libres de se déplacer, subissent des interactions entre elles : cette cohésion conduit à l'état liquide. La cohésion dans les liquides se manifeste par une tension de surface (voir surface, propriétés de). Celle-ci est due aux forces d’attraction exercées par les molécules situées dans le liquide sur les molécules de surface. Cela a pour effet de réduire la surface libre du liquide. De même, lors d'une solidification, les molécules se rapprochent encore, jusqu'à occuper des positions fixes. L’interaction entre les atomes, molécules ou ions est telle qu’ils ne peuvent uniquement vibrer autour de leurs positions d’équilibre. À l’inverse, en augmentant la température d’un solide, on augmente l’agitation des atomes qui vont pouvoir briser les liaisons établies avec leurs voisins : le solide fond. La température à laquelle cette rupture des liaisons a lieu, appelée point de fusion, est caractéristique de chaque matériau, de même que toutes les autres températures de changement d’état. Ainsi, suivant l’énergie de liaison du composé, qui dépend de sa nature chimique, il faut fournir une énergie différente pour détruire la cohésion de l’ensemble ; ceci explique qu’à une température donnée, des corps différents se présentent souvent dans des états différents.