CHM-1000 : Structure des atomes et des molécules
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CHM-1000 : Structure des atomes et des molécules NRC 81501 Automne 2015 Mode d'enseignement : Présentiel Temps consacré : 4-0-5 Crédit(s) : 3 Rappels: dimensions et unités; mécanique classique; électrostatique; ondes périodiques; ondes électromagnétiques. Atome d'hydrogène: modèle de Bohr; modèle ondulatoire, équation de Schrödinger. Atomes polyélectroniques. Liaison chimique. Propriétés électriques des molécules: moment dipolaire, polarisabilité. Forces intermoléculaires. Plage horaire : Cours en classe lundi 08h30 à 10h20 VCH-2880 vendredi 10h30 à 12h20 VCH-2880 Du 31 août 2015 au 11 déc. 2015 Du 31 août 2015 au 11 déc. 2015 Il se peut que l'horaire du cours ait été modifié depuis la dernière synchronisation avec Capsule. Vérifier l'horaire dans Capsule Site de cours : https://www.portaildescours.ulaval.ca/ena/site/accueil?idSite=64140 Coordonnées et disponibilités Jesse Greener Professeur VCH 4064E https://jgreener.chm.ulaval.ca/ [email protected] Disponibilités : Du 20 Oct au 13 Dec : Lundi de 10h30-12h00 et Vendredi de 9h00 de 10h00. Soutien technique : Pour recevoir du soutien technique relatif à l'utilisation du Portail des Cours, contactez : Comptoir LiberT (FSG) Pavillon Adrien-Pouliot, Local 3709 [email protected] 418-656-2131 poste 4651 Session d'automne et hiver Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi 08h00 à 18h45 08h00 à 18h45 08h00 à 18h45 08h00 à 18h45 08h00 à 16h45 Session d'été Lundi © Université Laval 08h00 à 16h00 Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 1 de 9 Lundi Mardi Mercredi Jeudi Vendredi © Université Laval 08h00 à 16h00 08h00 à 16h00 08h00 à 16h00 08h00 à 16h00 08h00 à 16h45 Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 2 de 9 Sommaire Description du cours ......................................................................................................................... 4 Objectifs ....................................................................................................................................... 4 Contenu ........................................................................................................................................ 4 Formules pédagogiques ................................................................................................................... 5 Rôle du cours ................................................................................................................................ 5 Contenu et activités .......................................................................................................................... 5 Évaluations et résultats .................................................................................................................... 6 Modalités d'évaluation ..................................................................................................................... 6 Informations détaillées sur les évaluations sommatives ....................................................................... 6 Examen 1 ................................................................................................................................. 6 Examen 2 ................................................................................................................................. 6 Devoir 1 ................................................................................................................................... 6 Devoir 2 ................................................................................................................................... 6 Devoir 3 ................................................................................................................................... 6 Devoir 4 ................................................................................................................................... 7 Devoir 5 ................................................................................................................................... 7 Détails sur les modalités d'évaluation ................................................................................................ 7 Échelle des cotes ............................................................................................................................ 7 Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques ............................................................................... 7 Politique sur le plagiat et la fraude académique .................................................................................. 7 Étudiants ayant un handicap, un trouble d’apprentissage ou un trouble mental ....................................... 8 Matériel didactique ........................................................................................................................... 8 Première partie: la structure atomique .............................................................................................. 8 À la réserve ................................................................................................................................... 8 Médiagraphie et annexes .................................................................................................................. 8 Matériel supplémentaire .................................................................................................................. 9 © Université Laval Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 3 de 9 Description du cours Objectifs Au terme du cours, l'étudiant(e) sera capable de: donner la définition des termes: fonction d'onde, orbitale atomique, orbitale moléculaire, configuration électronique, couche de valence, énergie d'ionisation, électronégativité, polarité de liaison, moment dipolaire; décrire l'effet photo-électrique et expliquer comment il prouve que l'énergie d'une onde électromagnétique est quantifiée; décrire ce qu'est le spectre de raies d'un atome et expliquer comment il prouve que l'énergie d'un atome est quantifiée; décrire les observations expérimentales qui démontrent la dualité onde-corpuscule de la matière; décrire la signification de la relation de De Broglie; décrire le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène; décrire le modèle de la particule dans une boite et l'utiliser dans la résolution de problèmes décrire le modèle ondulatoire de l'atome; décrire les règles de remplissage des orbitales atomiques et leur conséquences sur la construction du tableau de la classification périodique des éléments établir la correspondance entre la configuration électronique d'un élément et sa place dans le tableau de la classification périodique des éléments; décrire et expliquer l'évolution de l'énergie d'ionisation et de la taille d'un atome en fonction de sa position dans le tableau de la classification périodique; énoncer le principe de la méthode de combinaison linéaire des orbitales atomiques (LCAO); décrire les modes de recouvrement des orbitales atomiques; décrire la densité électronique associée aux orbitales atomiques s et p, et aux orbitales moléculaires σ et π; Décrire la différence de densité électronique et d'énergie entre l'orbitale liante et l'orbitale anti-liante qui résultent de la combinaison linéaire de deux orbitales atomiques; déterminer la configuration électronique de molécules diatomiques, à l'aide de leur diagramme d'énergies orbitalaires; classer des molécules par ordre de moment dipolaire; calculer le moment dipolaire d'une molécule, à partir des moments dipolaires de liaison; calculer le moment dipolaire et la polarisabilité d'une molécule, à partir de mesures de constante diélectrique; décrire les forces intermoléculaires et leur rôle dans la condensation des gaz en liquides et solides. Contenu Première partie: La structure atomique 1. Rappels 1. Méthode scientifique: observations expérimentales - théories et modèles 2. Grandeurs mesurables - Dimensions et unités 3. Rappels de mécanique classique 4. Rappels d'électrostatique 5. Rappels d'électromagnétisme 6. Ondes périodiques 7. Ondes électromagnétiques 8. Premiers modèles de l'atome 2. Atome d'hydrogène: modèle classique 1. Effet photo-électrique 2. Spectre de raies - Rayonnement du corps noir 3. Modèle de Bohr 3. Atome d'hydrogène: modèle ondulatoire 1. Propriétés ondulatoires de la matière 2. Mécanique quantique 1 - Équation de Schrödinger 4. Atomes polyélectroniques 1. Organisation électroniques des atomes © Université Laval Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 4 de 9 4. 1. Organisation électroniques des atomes 2. Périodicité des propriétés des éléments Deuxième partie: La liaison chimique 1. Liaison chimique 1. Introduction 1. État stable des éléments 2. Propriétés de la liaison: Force de liaison, ordre de la liaison, longueur de la liaison, angle de la liaison 2. Modèle de Lewis - Modèle VSEPR 1. Molécules diatomiques homonucléaire 2. Molécules diatomiques hétéronucléaires 3. Molécules ployatomique 4. Forces et les faiblesses 3. Comment valider un modèle de la structure moléculaire? 1. Propriétés spectroscopiques : masse réduite, fréquence de vibration, fréquence de rotation 2. Mécanique quantique 2 - oscillateur harmonique, rotor rigide 3. Liaisons covalent, polaire, ionique 4. Théorie des orbitales moléculaires et combinaison linéaire des orbitales atomiques (LCAO) 1. Molécules diatomiques homonucléaire 2. Molécules diatomiques hétéronucléaires 3. Molécules ployatomique et hybridation 2. Forces intermoléculaires 1. Propriétés électroniques et optique des molécules 1. Force de Coulomb et le potentiel électrique 2. Dipôles, quadripôles électriques et leur interactions 3. Polarisabilité moléculaire, volume de polarisabilité 4. Equation de Debye 5. Indice de refraction 2. Forces de Van der Waals 3. Forces électriques répulsives et potentiel Lennard-Jones Formules pédagogiques L'enseignement a lieu en salle de cours lors de deux périodes hebdomadaires de 110 minutes. En moyenne, le cours exige cinq heures de travail personnel par semaine. Il est essentiel de prendre des notes. La présentation de la matière est accompagnée d'exercices fréquents, à faire individuellement sur place. Il convient donc d'avoir en tout temps une calculatrice (voir les modèles autorisés dans la page évaluations et résultats). Rôle du cours Le cours figure dans les programmes de baccalauréat en chimie, en biochimie, en bio-informatique et en enseignement secondaire. Contenu et activités Le tableau ci-dessous présente les semaines d'activités prévues dans le cadre du cours. Titre Date Première partie: La structure atomique Deuxième partie: La liaison chimique Note : Veuillez vous référer à la section Contenu et activités de votre site de cours pour de plus amples détails. © Université Laval Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 5 de 9 Évaluations et résultats Modalités d'évaluation Sommatives Titre Date Mode de travail Pondération 70 % Examens (Somme des évaluations de ce regroupement) Examen 1 Le 12 oct. 2015 de 08h30 à 10h20 Individuel 35 % Examen 2 Le 7 déc. 2015 de 08h30 à 10h20 Individuel 35 % 30 % Devoirs (Somme des évaluations de ce regroupement) Devoir 1 Dû le 18 sept. 2015 à 10h30 Individuel 6 % Devoir 2 Dû le 2 oct. 2015 à 10h20 Individuel 6 % Devoir 3 Dû le 16 oct. 2015 à 10h30 Individuel 6 % Devoir 4 Dû le 6 nov. 2015 à 10h20 Individuel 6 % Devoir 5 Dû le 27 nov. 2015 à 10h20 Individuel 6 % L'évaluation comprend deux examens de 105 minutes, qui compte chacun pour 35% de la note finale; cinq devoirs à faire à la maison qui comptent au total pour 30% de la note finale; les devoirs doivent être rendus au plus tard au début du cours. Les énoncés sont disponibles en ligne au moins une semaine avant la date limite. Informations détaillées sur les évaluations sommatives Examen 1 Date : Mode de travail : Pondération : Le 12 oct. 2015 de 08h30 à 10h20 Individuel 35 % Examen 2 Date : Mode de travail : Pondération : Le 7 déc. 2015 de 08h30 à 10h20 Individuel 35 % Devoir 1 Date de remise : Mode de travail : Pondération : 18 sept. 2015 à 10h30 Individuel 6 % Devoir 2 Date de remise : Mode de travail : Pondération : 2 oct. 2015 à 10h20 Individuel 6 % Devoir 3 Date de remise : 16 oct. 2015 à 10h30 Mode de travail : Individuel © Université Laval Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 6 de 9 Individuel 6 % Mode de travail : Pondération : Devoir 4 6 nov. 2015 à 10h20 Individuel 6 % Date de remise : Mode de travail : Pondération : Devoir 5 27 nov. 2015 à 10h20 Individuel 6 % Date de remise : Mode de travail : Pondération : Détails sur les modalités d'évaluation Le seul document permis est l'aide-mémoire préparé par le professeur et disponible pour téléchargement sur le site du cours. Cet aide-mémoire comprend un tableau périodique et aucun autre tableau n'est permis. Sauf indication contraire, toutes les réponses et les résultats présentés dans les devoirs et les examens doivent être accompagnés d'explications détaillées sur la méthode employée ou le raisonnement suivi. Échelle des cotes Cote % minimum % maximum Cote % minimum % maximum A+ 92 100 C+ 68 71,99 A 88 91,99 C 64 67,99 A- 84 87,99 C- 60 63,99 B+ 80 83,99 D+ 56 59,99 B 76 79,99 D 50 55,99 B- 72 75,99 E 0 49,99 Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques La politique sur l'utilisation d'appareils électroniques de la Faculté des sciences et de génie peut être consultée à l'adresse : http://www.fsg.ulaval.ca/fileadmin/fsg/documents/PDF/Calculatrices-autorisees-FSG.pdf. Politique sur le plagiat et la fraude académique Règles disciplinaires Tout étudiant qui commet une infraction au Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'Université Laval dans le cadre du présent cours, notamment en matière de plagiat, est passible des sanctions qui sont prévues dans ce règlement. Il est très important pour tout étudiant de prendre connaissance des articles 28 à 32 du Règlement disciplinaire. Celui-ci peut être consulté à l'adresse suivante: http://www.ulaval.ca/sg/reg/Reglements/Reglement_disciplinaire.pdf Plagiat Tout étudiant est tenu de respecter les règles relatives au plagiat. Constitue notamment du plagiat le fait de: i. copier textuellement un ou plusieurs passages provenant d'un ouvrage sous format papier ou électronique sans mettre ces passages entre guillemets et sans en mentionner la source; ii. résumer l'idée originale d'un auteur en l'exprimant dans ses propres mots (paraphraser) sans en mentionner la source; iii. traduire partiellement ou totalement un texte sans en mentionner la provenance; © Université Laval Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 7 de 9 iii. traduire partiellement ou totalement un texte sans en mentionner la provenance; iv. remettre un travail copié d'un autre étudiant (avec ou sans l'accord de cet autre étudiant); v. remettre un travail téléchargé d'un site d'achat ou d'échange de travaux scolaires. L'Université Laval étant abonnée à un service de détection de plagiat, il est possible que l'enseignant soumette vos travaux pour analyse. Étudiants ayant un handicap, un trouble d’apprentissage ou un trouble mental Les étudiants qui ont une lettre d'Attestation d'accommodations scolaires obtenue auprès d'un conseiller du secteur Accueil et soutien aux étudiants en situation de handicap (ACSESH) doivent impérativement se conformer à la politique d'Accommodations scolaires aux examens de la Faculté des sciences et de génie qui peut être consultée à l'adresse : http://www.fsg.ulaval.ca/fileadmin/fsg/documents/PDF/Politique-Facultaire-Accommodements.pdf Matériel didactique Première partie: la structure atomique Un volume de chimie physique est recommandé, par exemple: Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences de Raymond Chang (éditeur : University Science Books; année de parution : 2000; ISBN: 978-1-891389-06-1) ou encore: Chimie physique de Peter W. Atkins et Julio De Paula (4ième édition; éditeur: DeBoeck; année de parution: 2013; ISBN: 978-2-8041-6651-9), qui est la traduction de la 9ième édition originale anglaise, Physical Chemistry (éditeur: W. H. Freeman; année de parution: 2010; ISBN: 0716787598). D'autres éditions sont également acceptables: 10ième édition, parue en 2014 (ISBN: 9780199697403); 9ième édition, parue en 2010 (ISBN: 9781429218122); 8ième édition, parue en 2006 (ISBN: 9780716787594);ou encore traduites en français 3ième édition, parue en 2008 (traduction de la 8ième édition anglaise) (ISBN:978280412530069a)o Ces volumes sont disponibles ou peuvent être commandés à la librairie Zone, pavillon Desjardins. À la réserve Sont disponibles, à la réserve des professeurs de la bibliothèque scientifique: R. Chang, Physical Chemistry for the Chemical and biological Sciences, 3ième édition, 2000 (QD 453.2 C456 2000); P. W. Atkins, Physical Chemistry, 1ière édition, W. H. Freeman, 1978 (QD 453.2 A874) et Solution manual for physical chemistry (QD 453.2 A8741); J. P. Bromberg, Physical Chemistry et Solution Manual, Allyn&Bacon, 1984 (QD 453.2 B868); I. Tinoco Jr., K. Sauer et J. C. Wang, Physical Chemistry - Principles and Applications in Biological Sciences, 2nd ed., Prentice-Hall, 1985 (QH 345 T591); P. W. Atkins, Chimie Physique (français), Vuibert, 1983 (QD453.2 A874 1983); G. M. Barrow, Chimie Physique, tomes 1 et 2 (français), Masson, 1976 (QD453.2 B278); Robert G. Mortimer, Mathematics for Physical Chemistry, 1981 (QD455.3 M888); James R. Barrante, Applied mathematics for Physical Chemistry, 1974 (QD455.3 M426 B268); Serway, Raymond A., Physique (3 volumes) I Mécanique; II Électricité et magnétisme; III Optique et physique moderne, 1996 (QC 23 S492). Médiagraphie et annexes © Université Laval Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 8 de 9 Matériel supplémentaire Aucun © Université Laval Mis à jour le 28 août 2015 12:04 Page 9 de 9
