Liaisons hydrogène

Les liaisons hydrogène sont des interactions intermoléculaires spécifiques entre un atome d'hydrogène et un atome fortement électronégatif, tel que l'oxygène, l'azote ou le fluor. Dans ce cas, l'atome d'hydrogène est lié de manière covalente à un atome électronégatif et interagit en outre avec une paire d'électrons libres d'une molécule voisine.

Énergie des liaisons hydrogène (plage typique)

E_HB ≈ 5 – 40 kJ/mol

• E_HB est l'énergie des liaisons hydrogène
• Les valeurs typiques dépendent de la paire donneur-accepteur

Dépendance de la liaison hydrogène par rapport à la température (relation d'équilibre d'Arrhenius)

K = K_0 * exp ( - DeltaG_HB / (R * T) )

• K est la constante d'équilibre de la formation des liaisons hydrogène
• K_0 est un facteur pré-exponentiel
• DeltaG_HB est l'énergie libre de Gibbs de la liaison hydrogène (J/mol)
• R est la constante universelle des gaz (J/(mol·K))
• T est la température en (K)

Les liaisons hydrogène sont plus faibles que les liaisons covalentes, mais nettement plus fortes que les simples forces de van der Waals. Elles entraînent une attraction directionnelle entre les molécules et influencent leur disposition spatiale. Elles déterminent ainsi de nombreuses propriétés physiques des substances.

En génie des procédés, les liaisons hydrogène jouent un rôle important dans les liquides, les solutions et les polymères. Elles influencent la viscosité, la gélification, la solubilité et le comportement au gonflement. L'eau, les alcools, l'amidon, les dérivés de la cellulose et de nombreux agents épaississants, en particulier, présentent des liaisons hydrogène marquées.

Les liaisons hydrogène dépendent de la température. Lorsque la température augmente, elles se rompent partiellement. Cela explique les baisses de viscosité, les changements de structure et les transitions de phase lors d'un réchauffement. Le cisaillement mécanique peut également rompre temporairement les liaisons hydrogène.

Lors des opérations de mélange, de mise à température et de séchage, les liaisons hydrogène influencent donc considérablement le comportement du processus. Elles déterminent la manière dont les substances interagissent entre elles et la stabilité des structures ainsi formées.