Éléments de thermodynamique cinétique/08
8. La théorie moléculaire de la matière. — L’étude des propriétés tant chimiques que physiques de la matière, et de ses changements d’états, a conduit en effet à la considérer comme constituée d’éléments très petits, analogues en première approximation à des points matériels, et doués d’une agitation d’autant plus grande que la température est plus élevée.
Les divers états physiques d’un corps correspondent alors à des liaisons différentes entre les molécules dont il est ainsi constitué.
L’état gazeux correspond à des molécules indépendantes les unes des autres sauf au moment où elles se heurtent mutuellement. Elles constituent un essaim de points matériels libres (sauf à l’instant des chocs), dont les énergies cinétiques individuelles varient, au hasard des rencontres, de part et d’autre de l’énergie cinétique moyenne calculée, pour un nombre suffisamment grand de molécules considérées en bloc, comme la somme de leurs énergies cinétiques individuelles divisée par ce nombre
L’état liquide correspond à des molécules dont la distance moyenne est assez petite pour qu’elles soient maintenues au voisinage immédiat les unes des autres par les attractions mutuelles de cohésion, sensibles seulement lorsqu’elles sont presque en contact. Pour que ces forces d’attraction ne soient pas vaincues il faut que l’énergie cinétique de la molécule considérée ne dépasse pas une certaine valeur correspondant au maximum que puisse atteindre son énergie potentielle d’attraction de cohésion. Au contraire, si deux molécules se rapprochent l’une de l’autre, au moment où elles entrent en contact des forces de répulsion prennent naissance, qui interdisent la pénétration mutuelle. Chaque molécule est donc, malgré son agitation thermique, sans cesse ramenée soit par l’une, soit par l’autre de ces forces opposées, à la façon d’un pendule simple qui oscille autour de sa position d’équilibre, vers la position moyenne qui correspond à l’écartement mutuel normal et au maximum d’énergie cinétique. L’énergie cinétique moléculaire s’accompagne donc obligatoirement d’énergie potentielle de cohésion. Puisque l’écartement moyen est déterminé, la densité du liquide est déterminée, mais les molécules peuvent librement glisser les unes sur les autres en respectant cet écartement moyen.
L’état solide correspond à des molécules dont les écartements moyens sont encore fixés par le jeu des attractions mutuelles de cohésion et des répulsions au contact ; mais qui ne sont même plus libres de se déplacer les unes par rapport aux autres, par suite de l’intervention des forces et couples qui tendent à leur imposer des orientations mutuelles déterminées. Les molécules ne peuvent plus alors que vibrer thermiquement autour de positions moyennes qui restent disposées de façon invariable les unes par rapport aux autres.