Contenu détaillé du cours
Ce cour de chimie quantique est une unité fondamentale pour les troisième année licence SM du premier semestre.
Cette matière permettra de comment utiliser les concepts de la Mécanique Quantique pour
interprétation et la prévision des réactivités et des propriétés des espèces chimiques et
modéliser et simuler certaines réactions chimiques. Cette cours contient 5 chapitres :
Chapitre I : Structure électronique des atomes;
Dans le model de Bohr de l’atome de hydrogène, les électrons de l’atome H orbite autour du
noyau chargée positivement, selon la trajectoire circulaire a une certain distance qui je note
petit r de son noyau. Donc, dans le model de Bohr les électrons est orbite comme les planètes
autour de soleil.
Dans mécanique quantique, on ne sait pas précisément ou se trouve les électrons, par contre
on peut définir une zone dans l’espèce dans laquelle ou on a une très grandes probabilité de
trouver les électrons, on appelle une orbitales. Donc, le électron est dans des orbitales.
On peut décrire ces électrons dans ces orbitales a laide de quatre nombres quantiques et c’est
de ça on va parler dans cette cour.
Chapitre II : Structure électronique des molécules
Dans ce chapitre, nous considérons quatre points fondamentaux : Introduction sur les orbitales
moléculaire (OM), les conditions requises pour un recouvrement d’OM et la construction des
diagrammes énergétique moléculaire de différents type de molécules (molécules de type A-A
et A-B) et finalement présentation la théorie de hybridation des orbitales atomiques.
Chapitre III : Propriétés électroniques des molécules
Parmi les propriétés électroniques des molécules c’est le moment dipolaire. Afin de connaître
la polarité des molécules, nous avons abordé dans ce chapitre à la définition de moment
dipolaire, les étapes pour identifier la polarité des molécules et la géométrie des molécules
parce que c’est une partie très important pour savoir si la molécule est polaire ou apolaire.
Chapitre IV : Équation de Schrödinger et Hamiltonien de molécule;
Dans ce chapitre, nous examinons trois points fondamentaux, en commençant par une rappel
en mécanique quantique qui contient la définition de la fonction d’onde, équation de
Schrödinger et Hamiltonien moléculaire. Deuxièmement, nous avons démontrééquation de
Schrödinger et finalement nous avons présentées les approximations orbitalaire et
approximations de Born Oppenheimer afin de résoudre équation de shroodinger.
Chapitre V: Méthode de Hückel (principe et application).
La méthode de Hückel ou méthode d'orbitales moléculaires de Hückel (HMO pour Hückel
molecular orbital method), proposée par Erich Hückel, est une méthode de CLOA pour
déterminer les énergies des orbitales moléculaires des électrons π dans les systèmes
d'hydrocarbures conjugués, comme les systèmes éthylène, benzène, cyclopropényle et
butadiène en introduisant un ensemble d'approximations. Ces approximations seront
présentées dans ce chapitre.
Ces chapitres sont présentés de manière progressive de sorte que l’étudiant puissent s’adapté à la nouvelle manière d’apprentissage. Le cour théorique est renforcé par des exercices d’évaluation en cour et des séries d’exercices qui sont résolues aux séances de TD.
Les étudiants sont aussi orientés vers des liens d’apprentissage à savoir des cours en ligne ou des vidéos explicatifs plus détaillés.
Le contenu détaillé de chaque chapitre est le suivant :
Chapitre I. Structure électronique des atomes
1. Objectifs intermédiaires du chapitre et pré-requis nécessaires
2. Les nombres quantique
2.1. Le nombre quantique principal n, avec n = 1, 2...
2.2. Le nombre quantique secondaire l, avec l = 0, 1,..., n-1
2.3. Le nombre quantique magnétique m, avec m ∈ [-l, +l]
2.4. Le 4ème nombre quantique: le spin
3. Configuration électronique
3.1. Principe d'exclusion de Pauli : toujours vérifié
3.2. Règle de Klechkowsky
3.3. Règle de Hund
4. Représentation des orbitales atomiques
5. L'état de l'électron dans l'atome d'hydrogène
5.1. Les énergies des orbitales atomiques de hydrogène
6. L'état de l'électron dans l'atome d'hydrogènoide
6.1. Spectre de l'atome d'hydrogène
7. Exercice d'évaluation
7.1. Exercice : longueur d'onde du rayonnement lumineux
7.2. Exercice : configuration électronique
7.3. Exercice : la configuration électronique de K
8- Évaluation globale : Travaux dirigés n ° 1 et stratégie d'orientation
Chapitre II. Structure électronique des molécules
1. Introduction à les orbitales moléculaires
1.1. Conditions requises pour un recouvrement d'OM
1.2. Exemple d'écriture orbital moléculaire
1.3. Géométrie des recouvrements
2. Orbitales moléculaires de type A-A
2.1. Remplissage des électrons
2.2. Calcule Indice de liaison (« nombre » de liaisons)
2.3. Magnétisme
3. Liaison d'hétéro atomes (type A-B)
4. L'hybridation des orbitales atomiques
4.1. L'hybridation sp
4.2. L'hybridation sp2
4.3. L'hybridation sp3
4.4. L'hybridation sp3d
4.5. L'hybridation sp3d2
4.6. Doubles et triples liaisons
5. Exercices d'évaluation
6- Évaluation globale : Travaux dirigés n ° 2 et stratégie d'orientation
Chapitre III . Propriétés électroniques des molécules
1. Moment dipolaire
3. La géométrie des molécules
3.1. Prévision de la géométrie des molécules : Théorie de Gillespie
4. Détermination de la géométrie moléculaire
4.1. Géométrie de Molécule type AXn
4.2. Présence de paires non liantes : molécule symbolisée par AXnEm
4.3. Géométrie de Molécule type AXnEm
4.4. Correspondance entre Hybridation et VSEPR
5. Polarité des Molécules polyatomiques
6- Exercices
Chapitre IV. Équation de Schrödinger et Hamiltonien de molécule
1. Rappel de mécanique quantique
1.1. Dualité Onde-Corpuscule
1.2. L'équation de Schrödinger
1.3. La fonction d'onde
1.4. Solution d'équation de Schrödinger
2. Potentiel Coulombien et Hamiltonien
2.1. Atomes hydrogénoïdes
2.2. Potentiel Coulombien et Hamiltonien des atomes polyélectroniques
3. Approximation orbitalaire
4. Hamiltonien moléculaire ; approximation de Born Oppenheimer
5- Exercices d'évaluation de ce chapitre
6- Évaluation globale : Travaux dirigés n ° 3 et stratégie d'orientation
Chapitre V. Méthode de Hückel (principe et application)
1. Principe de la méthode de Huckel
1.1. Introduction
1.2. Méthode d'orbitales moléculaires de Hückel
1.3. Théorie de Hückel simple sur les systèmes conjugués
1.4. Approximations de Hückel
1.5. Résoudre le déterminant séculaire
2. Applications de la méthode de Huckel
2.1. Diagramme de niveau d'énergie
2.2. Expression pour les orbitales moléculaires liantes et anti liantes
2.3. Évaluation de la constant C
2.4. Diagramme des OM de liant et d'anti-liant
3- Exercice d'évaluation
4- Évaluation globale :Travaux dirigés n° 04 et stratégie d'orientation