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Auteur(s)
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Mireille DEFRANCESCHI : Agrégée de sciences physiques - Docteur d’État en sciences physiques - Directeur de recherche au Commissariat à l’énergie atomique
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En physique et en chimie, on parle d’agrégat atomique ou moléculaire quand des atomes ou des molécules sont assemblés par des forces telles qu’ils forment des entités pouvant facilement être identifiées.
Bien que la notion d’agrégat soit très récente, certains agrégats se forment naturellement et d’autres sont utilisés par l’homme depuis très longtemps.
Les premières études théoriques et expérimentales des agrégats de carbone remontent aux années 1960. Actuellement, on sait produire des agrégats de tous les éléments, de toutes les tailles (de quelques atomes à quelques dizaines ou centaines d’atomes).
Au niveau de la recherche, l’intérêt va plutôt aux agrégats de taille petite, supportés (par exemple, placés dans une matrice) ou en phase gazeuse, pour en étudier la structure, la stabilité, les fragments issus de la dissociation ou pour des applications dédiées dont des exemples sont donnés dans cet article. Depuis peu, on assiste à une véritable explosion de l’utilisation d’agrégats pour les nanotechnologies ; l’exigence de miniaturisation des composants électroniques suscite un intérêt grandissant pour des systèmes moléculaires de dimension de l’ordre de grandeur du nanomètre.
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Définition du concept
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2. Discussion sur la chimie-physique des agrégats
Les agrégats apparaissent comme un état particulier de la matière, par le fait qu’ils présentent des similitudes mais aussi des différences fondamentales avec les autres états de la matière. Il est donc légitime de se demander si les grandeurs physiques caractéristiques de la matière (telles que la notion de température, la définition d’une température de fusion, etc.) décrivent correctement les agrégats ou si, au contraire, il convient de définir de nouvelles grandeurs. La réponse n’est pas immédiate et reste toujours débat-tue, malgré de nombreux travaux dont certains sont présentés dans la suite de cet article.
2.1 Notion de température
Le concept de température pour un agrégat isolé est totalement ambiguë : on ne sait pas encore construire de thermomètre pour mesurer une telle température. De plus, la température est un concept d’équilibre valable dans un ensemble canonique ; elle est alors définie comme l’énergie cinétique des particules ayant une masse, divisée par le nombre de degrés de liberté. Un agrégat isolé, placé dans le vide, est au contraire décrit comme un ensemble microcanonique, pour lequel le concept de température ne peut être utilisé. À l’heure actuelle, il n’existe pas de voie satisfaisante pour contourner la difficulté.
HAUT DE PAGE2.2 État physique des agrégats
Pour définir l’état physique d’un agrégat, on rencontre des difficultés liées à la notion même d’agrégat, lequel est une entité individualisée par rapport à son environnement ; il convient donc de ne pas confondre l’état physique du milieu environnant et celui de l’agrégat. Alors que le premier précise seulement les conditions extérieures d’observation de l’agrégat étudié, le second se réfère à la structure propre de l’agrégat dont on doit définir l’état physique. L’ambiguïté provient de leur étroite interdépendance.
Le milieu ambiant peut être gazeux, liquide ou solide ; en voici quelques exemples.
Exemples
• Dans un milieu gazeux,...
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Discussion sur la chimie-physique des agrégats
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PITZER (K.S), CLEMENTI (E.) - * - J. Am. Chem. Soc., 81, 4477 (1959).
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(3) - HOFFMANN (R.) - * - Tetrahedron, 22, p. 521 (1966).
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(4) - KRÄTSCHNMER (W.), LAMB (L.D.), FORSTIROPOULOS (K.), HUFFMAN (D.R.) - * - Nature, 347, p. 354 (1990).
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(5) - de HEER (W.A.) - * - Rev. Mod. Phys., 65, p. 611 (1993).
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(6) - BARTELL (L.S.), HARSANYI (L.), VALENTE (E.J.) - Physics and chemistry of small clusters - . P. Jena, B.K. Rao et S.N. Khanna éds. Plenum Press, New York, p. 37 (1987).
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