Description du potentiel intermoléculaire pour une molécule polaire dans un solvant non polaire. Application à la forme des bandes d'absorption en solution liquide

Abstract
This paper is devoted to the study of the structure of the average potential acting on a diatomic polar molecule in solution in a non polar solvent. The structure of the potential for a couple is first defined and then applied to the case of a dilute solution, the structure of which is represented by a reticular model. When the polar molecule moves in the cage built up by the twelve nearest neighbours, it undergoes a potential due to the sum of three distinct terms : a) a term independant of the orientation of its dipole moment and similar to the cage potential introduced in the theory of monoatomic liquids ; b) a term proportional to the anisotropy of polarisability of the polar molecule, depending on the orientation of that molecule ; this term is numerically very weak ; c) a term similar to the effect of a radial electric field, acting on the dissolved dipole and centered at the symmetry center of the cage. The effet of this term is to orient strongly the positive extremity of the dipole moment towards the walls of the cage. The potential barrier corresponding to the présence of this field is, for a large part of the volume of the cage, higher than the energy of the most populated non-perturbed quantum level of the dissolved molecule. Qualitative conclusions are deduced about the vibration-rotation spectrum of the dissolved molécule ; numerical applications have been made for a HCl - CCl4 solution.

Résumé
On étudie la structure spatiale du potentiel moyen auquel est soumise une molécule polaire diatomique en solution dans un solvant non polaire. Pour cela on précise d'abord la forme du potentiel existant dans un couple et on généralise ensuite au cas d'une solution en adoptant, pour représenter sa structure, un modèle réticulaire. On trouve que, lorsque la molécule polaire se déplace dans la cage formée par ses douze plus proches voisins, elle est soumise à un potentiel qui est la somme de trois termes : a) un terme indépendant de l'orientation du moment dipolaire du soluté, analogue au potentiel de cage introduit dans le cas des liquides monoatomiques ; b) un terme proportionnel à l'anisotropie de polarisabilité de la molécule polaire, terme dépendant de l'orientation de cette molécule mais dont l'ordre de grandeur est très faible ; c) un terme dont l'effet est analogue à celui d'un champ électrique radial, centré au centre de la cage, agissant sur le dipôle de la molécule dissoute et qui tend à orienter fortement l'extrémité positive de ce dipôle vers les parois de la cage. La hauteur de la barrière de potentiel correspondant à la présence de ce champ est, pour une forte fraction de l'espace libre alloué à la molécule dissoute, supérieure aux niveaux d'énergie les plus peuplés de celle-ci. On en tire des conclusions qualitatives sur l'aspect du spectre de vibration rotation de la molécule polaire en solution. Les applications numériques ont été faites au cas d'une solution ClH - CCl4.