Chimie

Le cours de chimie du semestre 3, sous la responsabilité de Jean-Christophe Soetens, est un cours d'atomistique. Après des rappels de mécanique et d'électromagnétisme classiques, il montre les limites de ces théories (corps noir, effet photoélectrique, spectre de l'hydrogène, dualité onde-corpuscule) et pose les postulats de la mécanique quantique : fonction d'onde, opérateurs, mesure et équation de Schrödinger. Il résout ensuite le cas des ions hydrogénoïdes et introduit les orbitales atomiques, puis traite les atomes polyélectroniques (déterminant de Slater, principe de Pauli, principe des variations, règles de remplissage). Les deux derniers chapitres présentent la méthode des orbitales moléculaires, d'abord sa théorie sur l'ion $H_2^+$ et la molécule $H_2$, puis ses applications aux molécules diatomiques homo- et hétéronucléaires.

Notes de cours

Cours7 pages

• Rappels de mécanique et d'électromagnétisme classiquesÉtat dynamique d'un système, grandeurs physiques (énergies cinétique, potentielle et totale, invariants du mouvement), équation de Newton, états liés ou libres et ondes électromagnétiques (énergie, intensité, interférences).
• Les limites des théories classiquesStructure de l'atome, aspect corpusculaire de la lumière (corps noir, effet photoélectrique), quantification du spectre de l'hydrogène et modèle de Bohr, aspect ondulatoire de la matière (de Broglie, interférences électroniques) et principe d'incertitude de Heisenberg.
• Les postulats de la mécanique quantiqueFonction d'onde et densité de probabilité de présence, opérateurs et principe de correspondance, postulat de la mesure (fonctions et valeurs propres, valeur moyenne), équation de Schrödinger, états stationnaires et niveaux d'énergie.
• Les ions hydrogénoïdesÉquation de Schrödinger électronique, exemple de la particule dans un puits, nombres quantiques et nomenclature des orbitales, représentation des parties radiales et angulaires, niveaux d'énergie et spin de l'électron.
• Les atomes polyélectroniquesÉquation de Schrödinger à plusieurs électrons, modèle orbitalaire, indiscernabilité et déterminant de Slater, principe de Pauli, modèle effectif de Slater, principe des variations, énergie des configurations et règles de remplissage.
• La méthode des orbitales moléculaires : théorieApproximation de Born-Oppenheimer, approximation LCAO sur l'ion H2+, méthode des variations linéaires (multiplicateurs de Lagrange), intégrales de recouvrement, coulombienne et d'échange, niveaux d'énergie, symétrie et représentation des OM, et molécule H2.
• La méthode des orbitales moléculaires : applications et généralisationSymétrie des OM, représentation des OA, couplages liants et antiliants de type σ et π, orbitales hybrides, diagrammes de corrélation, indice de liaison et charge partielle, molécules diatomiques homonucléaires (O2, ordre de liaison) et hétéronucléaires (hydrures LiH et FH).

Ressources

Notes de TD1 document

• Notes de TD

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