a l`atomistique moderne - Département de chimie

Département de chimie
Faculté des sciences et de génie
Université Laval
Automne 2003
Structure moléculaire
CHM-10098
Cours obligatoire
Session: A1
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3 crédits
Horaire et salle: Ma 18h30-20h20, VCH-2850
Ve 10h30-12h20, VCH-2850
Objectifs
Ce cours est une initiation à l’atomistique moderne, à son utilisation dans la théorie de la liaison chimique et
des forces moléculaires. Tout en s’appuyant sur les informations précises apportées par la théorie quantique,
le cours se concentre sur les concepts les plus importants de la vision moderne de la structure moléculaire. Il
met donc l’accent sur la compréhension qualitative de cette vision.
Au terme du cours, l’étudiant(e) serait en mesure
1. de rappeler la vision classique de la constitution de la matière et celle concernant la nature de la lumière,
2. de décrire les phénomènes qui amenaient à une remise en question de cette vision classique,
3. d’énoncer en termes simples et précis le nouveau mode de compréhension apporté par la théorie quantique,
4. de définir les concepts de fonction d’onde, d’orbitales, de spins, de configuration électronique,
5. d’énoncer le principe de Pauli dans sa forme la plus générale,
6. de discuter les conséquences physiques du principe de Pauli ,
7. de décrire les propriétés des orbitales atomiques ou moléculaires,
8. de discuter les propriétés périodiques des atomes en termes de leur configuration électronique,
9. de décrire les propriétés de liaison des molécules en termes de leur configuration électronique,
10. de décrire les propriétés électriques des molécules,
11. et de définir les principaux types de forces intermoléculaires.
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Contenu
• Chapitre I: Historique de l’atomistique moderne
1. Matière et lumière dans la vision classique: Rappels de concepts élémentaires de mécanique et
de l’électrodynamique classique
2. Remise en question de la vision classique:
– Effet photoélectrique,
– Rayonnement du corps noir,
– Spectre de raies des atomes,
3. Dualité onde-corpuscule et principe d’incertitude
• Chapitre II: Éléments de théorie quantique
1. Notion d’état quantique-Équation de Schrödinger-États stationnaires.
2. Particule dans une boı̂te.
3. Atomes hydrogénoı̈des.
• Chapitre III: Structure électronique des atomes à plusieurs électrons
1. Modèle des électrons indépendants.
2. Spins et spin-orbitales
3. Indiscernabilité des électrons et principe de Pauli-Principe d’exclusion.
4. Orbitales atomiques et configuration électronique des atomes.
5. Propriétés atomiques et classification périodique: potentiel d’ionisation, affinité électronique,
électronégativité et rayon atomique.
• Chapitre IV: Orbitales moléculaires et liaison chimique
1. Approximation de Born-Oppenheimer.
2. Orbitales moléculaires vs. orbitales atomiques: méthode LCAO .
3. Exemples: orbitales moléculaires de molécules diatomiques.
4. Orbitales moléculaires des molécules polyatomiques.
5. Orbitales localisées, orbitales hybrides et géométrie moléculaire.
• Chapitre V: Propriétés électrique des molécules et forces intermoléculaires
1. Multipôles électriques-Molécules polaires et molécules non polaires.
2. Polarisation macroscopique-Constante diélectrique et indice de réfraction.
3. Interactions ion-dipôle, dipôle-dipôle, .dipôle-dipôle induit, dipôle induit-dipôle induit.
4. Interactions de Van der Waals-Formule de Lennard-Jones.
5. Liaison hydrogène.
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Bibliographie
Le tableau périodique des éléments (Sargent-Welch) est requis. Aucun livre n’est obligatoire; la consultation
des livres suivants est cependant fortement recommandée:
1. P. W. Atkins, Chimie physique, De Boeck-Université, Paris, 2000; (recommandé aux étudiants en
chimie).
2. R. Chang, Physical chemistry for the chemical and biological sciences, University science books,
Sausalito, CA, 2000; (recommandé aux étudiants des autres programmes).
Des notes de cours du professeur (en 2 fascicules) sont disponibles en ligne, et sont téléchargeables à partir
du site Internet du cours. Ils serviront de base pour toutes les activités pédagogiques.
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Site Internet
Les activités pédagogiques pourront être suivies en parcourant les pages du site Internet suivant (addresse
temporaire):
http://www.chm.ulaval.ca/ttdang/chm10098
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Mode d’évaluation
Activité
Date
Durée
Quiz
Devoirs
Partiel 1
Partiel 2
Partiel 3
périodiques (' 5/session)
(bi-)hebdomadaires (' 5/session)
10 oct. 2003
18 nov. 2003
12 dec. 2003
110 min
110 min
110 min
Contribution
à la note finale
10/100
15/100
25/100
25/100
25/100
Documents permis aux examens: aide mémoire fourni par le professeur, tableau périodique des éléments,
tableaux de constantes et de données.
La note de passage est de 50/100. Les cotes finales sont attribuées en fonction de la note N selon le
barème suivant
E pour
D pour
D+ pour
C- pour
C pour
C+ pour
B- pour
B pour
B+ pour
A- pour
A pour
A+ pour
N < 50/100
50/100 ≤ N < 56
56/100 ≤ N < 60
60 ≤ N < 64
64 ≤ N < 68
68 ≤ N < 72
72 ≤ N < 76
76 ≤ N < 80
80 ≤ N < 84
84 ≤ N < 88
88 ≤ N < 92
92 ≤ N
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