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Description illustration de l'article

MU4CI201

Du microscopique au macroscopique

 

Mots clés : interactions intermoléculaires, thermodynamique statistique, entropie, équilibre, irréversibilité, diffusion, états de la matière, interfaces

Responsable

Virginie Marry, Professeur, UMR PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX, Sorbonne Université

ECTS

Cours

TD

TP

Tutorat

Ecrit

CC

TP

Oral

Eval. répartie

6

20

40

 

 

50

50

 

 

non

Descriptif de l’UE

Le but de cette U.E. est de montrer comment les propriétés physico-chimiques de la matière à l’échelle macroscopique émergent de sa nature microscopique (atomes, molécules etc.) et du très grand nombre de particules qui la constitue (de l’ordre du nombre d’Avogadro). Pour cela, les outils de thermodynamique statistique seront présentés et appliqués à des phénomènes rencontrées en Licence : équilibre, évolution vers l’équilibre, cinétique, transformations physico-chimiques, miscibilité, spectroscopie, adsorption. On montrera comment ces outils et concepts permettent d’interpréter ces phénomènes macroscopiques et les grandeurs thermodynamiques macroscopiques classiques, pour ensuite mieux les maîtriser. Ainsi l’UE permettra aux étudiants de rassembler des visions souvent compartimentées de la chimie (par type de systèmes ou de techniques expérimentales) grâce à une représentation unique de la matière.

Objectifs d’apprentissage

A terme de l’U.E., l’étudiant sera capable de relier les propriétés macroscopiques de la matière aux propriétés à l’échelle moléculaire et de mobiliser ces notions pour analyser et interpréter des phénomènes physico-chimiques simples et identifier les paramètres les influençant.

PrErequis

L’étudiant doit être capable d’appliquer les concepts de thermodynamique chimique niveau licence aux réactions physico-chimiques. Des notions d’électrostatique et de mécanique simples sont requises.

Langue(1)

Cours, TD, TP

Documents

Bibliographie

 

Un groupe en anglais regroupant les étudiants étrangers pourra être créé si l’effectif le permet
Les sujets d’examen pourront être rédigés en anglais s’il y a des étudiants non francophones

français et/ou anglais

français et/ou anglais

Fonctionnement de l’UE

 

L’UE sera découpée en 2h de cours et 4h de travaux dirigés par semaine, afin de permettre une meilleure assimilation du cours et une mise en application des concepts.
Deux séances de travaux dirigés seront effectuées sur ordinateurs à l’UTES.
Le plan de l’UE est le suivant :

  • Introduction : mise en évidence de l’importance de la description microscopique, loi des grands nombres

 

  • Observations macroscopiques : notion de grandeur moyenne, de probabilité et d’irréversibilité
    • Distribution de particules dans deux compartiments – configuration la plus probable – fluctuations
    • Notion d’irréversibilité : évolution vers la configuration la plus probable (film de l’expansion d’un gaz)
  • Description particulaire de la matière
    • Principe d’équiprobabilité, nombre d’états accessibles, entropie
    • Distribution de Boltzmann et fonction de partition particulaire
    • Applications : spectroscopie (vibrationnelle, RMN)
    • Equation d’état : gaz parfait, gaz de van der Waals

 

  • Systèmes en contact : équilibre et évolution vers l’équilibre
    • Condition d’équilibre entre deux systèmes : égalité des températures, des pressions et des potentiels chimiques selon les conditions

 

  • Systèmes de particules en interaction : applications aux liquides 
    • Description des liquides simples : Changement d’état, constante diélectrique, tension de surface
    • Lois capillaires
    • Mélanges : solutions idéales et régulières, pression osmotique
    • Solutés hydrophobe
    • Solutés ioniques, théorie de Debye Hückel
  • Systèmes complexes
    • Dispersions, stabilité colloïdale par le modèle de DLVO
    • Solution d’amphiphiles, micelles
    • Adsorption sur une surface, isotherme de Langmuir