a l`atomistique moderne - Département de chimie

D´ epartement de chimie Universit´ e Laval
Facult´ e des sciences et de g´ enie Automne 2003
Structure mol´ eculaire
CHM-10098
Cours obligatoire 3 cr´ edits
Session: A1 Horaire et salle: Ma 18h30-20h20, VCH-2850
Ve 10h30-12h20, VCH-2850
1 Objectifs
Ce cours est une initiation ` a l’atomistique moderne, ` a son utilisation dans la th´ eorie de la liaison chimique et
des forces mol´ eculaires. Tout en s’appuyant sur les informations pr´ ecises apport´ ees par la th´ eorie quantique,
le cours se concentre sur les concepts les plus importants de la vision moderne de la structure mol´ eculaire. Il
met donc l’accent sur la compr´ ehension qualitative de cette vision.
Au terme du cours, l’´ etudiant(e) serait en mesure
1. de rappeler la vision classique de la constitution de la mati` ere et celle concernant la nature de la lumi` ere,
2. de d´ ecrire les ph´ enom` enes qui amenaient ` a une remise en question de cette vision classique,
3. d’´ enoncer en termes simples et pr´ ecis le nouveau mode de compr´ ehension apport´ e par la th´ eorie quan-
tique,
4. de d´ efinir les concepts de fonction d’onde, d’orbitales, de spins, de configuration ´ electronique,
5. d’´ enoncer le principe de Pauli dans sa forme la plus g´ en´ erale,
6. de discuter les cons´ equences physiques du principe de Pauli ,
7. de d´ ecrire les propri´ et´ es des orbitales atomiques ou mol´ eculaires,
8. de discuter les propri´ et´ es p´ eriodiques des atomes en termes de leur configuration ´ electronique,
9. de d´ ecrire les propri´ et´ es de liaison des mol´ ecules en termes de leur configuration ´ electronique,
10. de d´ ecrire les propri´ et´ es ´ electriques des mol´ ecules,
11. et de d´ efinir les principaux types de forces intermol´ eculaires.
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2 Contenu
•Chapitre I: Historique de l’atomistique moderne
1. Mati` ere et lumi` ere dans la vision classique: Rappels de concepts ´ el´ ementaires de m´ ecanique et
de l’´ electrodynamique classique
2. Remise en question de la vision classique:
–Effet photo´ electrique,
–Rayonnement du corps noir,
–Spectre de raies des atomes,
3. Dualit´ e onde-corpuscule et principe d’incertitude
•Chapitre II: ´ El´ ements de th´ eorie quantique
1. Notion d’´ etat quantique-´ Equation de Schr¨ odinger-´ Etats stationnaires.
2. Particule dans une boˆ ıte.
3. Atomes hydrog´ eno¨ ıdes.
•Chapitre III: Structure ´ electronique des atomes ` a plusieurs ´ electrons
1. Mod` ele des ´ electrons ind´ ependants.
2. Spins et spin-orbitales
3. Indiscernabilit´ e des ´ electrons et principe de Pauli-Principe d’exclusion.
4. Orbitales atomiques et configuration ´ electronique des atomes.
5. Propri´ et´ es atomiques et classification p´ eriodique: potentiel d’ionisation, affinit´ e´ electronique,
´
electron´ egativit´ e et rayon atomique.
•Chapitre IV: Orbitales mol´ eculaires et liaison chimique
1. Approximation de Born-Oppenheimer.
2. Orbitales mol´ eculaires vs. orbitales atomiques: m´ ethode LCAO .
3. Exemples: orbitales mol´ eculaires de mol´ ecules diatomiques.
4. Orbitales mol´ eculaires des mol´ ecules polyatomiques.
5. Orbitales localis´ ees, orbitales hybrides et g´ eom´ etrie mol´ eculaire.
•Chapitre V: Propri´ et´ es ´ electrique des mol´ ecules et forces intermol´ eculaires
1. Multipˆ oles ´ electriques-Mol´ ecules polaires et mol´ ecules non polaires.
2. Polarisation macroscopique-Constante di´ electrique et indice de r´ efraction.
3. Interactions ion-dipˆ ole, dipˆ ole-dipˆ ole, .dipˆ ole-dipˆ ole induit, dipˆ ole induit-dipˆ ole induit.
4. Interactions de Van der Waals-Formule de Lennard-Jones.
5. Liaison hydrog` ene.
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3 Bibliographie
Le tableau p´ eriodique des ´ el´ ements (Sargent-Welch) est requis. Aucun livre n’est obligatoire; la consultation
des livres suivants est cependant fortement recommand´ ee:
1. P. W. Atkins, Chimie physique, De Boeck-Universit´ e, Paris, 2000; (recommand´ e aux ´ etudiants en
chimie).
2. R. Chang, Physical chemistry for the chemical and biological sciences, University science books,
Sausalito, CA, 2000; (recommand´ e aux ´ etudiants des autres programmes).
Des notes de cours du professeur (en 2 fascicules) sont disponibles en ligne, et sont t´ el´ echargeables ` a partir
du site Internet du cours. Ils serviront de base pour toutes les activit´ es p´ edagogiques.
4 Site Internet
Les activit´ es p´ edagogiques pourront ˆ etre suivies en parcourant les pages du site Internet suivant (addresse
temporaire):
http://www.chm.ulaval.ca/ttdang/chm10098
5 Mode d’´ evaluation
Activit´ e Date Dur´ ee Contribution
`
a la note finale
Quiz p´ eriodiques ('5/session) 10/100
Devoirs (bi-)hebdomadaires ('5/session) 15/100
Partiel 1 10 oct. 2003 110 min 25/100
Partiel 2 18 nov. 2003 110 min 25/100
Partiel 3 12 dec. 2003 110 min 25/100
Documents permis aux examens: aide m´ emoire fourni par le professeur, tableau p´ eriodique des ´ el´ ements,
tableaux de constantes et de donn´ ees.
La note de passage est de 50/100. Les cotes finales sont attribu´ ees en fonction de la note Nselon le
bar` eme suivant
E pour N < 50/100
D pour 50/100 ≤N < 56
D+ pour 56/100 ≤N < 60
C- pour 60 ≤N < 64
C pour 64 ≤N < 68
C+ pour 68 ≤N < 72
B- pour 72 ≤N < 76
B pour 76 ≤N < 80
B+ pour 80 ≤N < 84
A- pour 84 ≤N < 88
A pour 88 ≤N < 92
A+ pour 92 ≤N
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