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Description illustration de l'article

MUC5CI952

Chimie Théorique – Chimie du Solide

 

Mots clés : orbitales moléculaires, Hückel, chimie quantique, théorie des groupes, cristallographie, diffraction, métaux, semi-conducteurs, théorie des bandes, matériaux, magnétisme

Responsable

Olivier DURUPTHY, MCF, LCMCP, Sorbonne Université

ECTS

Cours

TD

TP

Tutorat

Ecrit

CC

TP

Oral

Eval. répartie

6

20

12

28

 

70

 

30

 

non

Descriptif de l’UE

L’objectif du cours est d’aborder les concepts essentiels de la chimie théorique (orbitales moléculaires, théorie des groupes) et de les intégrer dans l’étude de l'état solide. Ce cours (qui alternera cours magistral, travaux dirigés et travaux pratiques) permet de comprendre les phénomènes quantiques et leurs effets au niveau des molécules puis des matériaux. Il explicite les corrélations entre nature chimique, structure cristalline, structure électronique et propriétés des solides. Les outils de la cristallographie et de la chimie quantique appliquée au solide inorganique sont introduits pour décrire la symétrie d’un solide cristallisé et d’appréhender les aspects théoriques et pratiques de la diffraction des rayons X.

Objectifs d’apprentissage

Au terme de l’UE, l’étudiant construit des diagrammes d’orbitales moléculaires complexes et différencie leurs groupes de symétrie. Il utilise les concepts théoriques sur l’étude de l’état solide à des fins prédictives (propriétés magnétiques, électriques et optiques) et analytiques (structure, défauts). Sur le plan pratique, il modélise les structures à l’aide de logiciels de chimie quantique (Orbimol, Hückel). Il met en œuvre des synthèses expérimentales de matériaux dont il spécifie les propriétés par des mesures de spectroscopies et de magnétisme.

PrErequis

Avant de suivre cette UE, l’étudiant aura soin de suivre/revoir les bases à niveau Licence de la chimie quantique (équation de Schrödinger, notions d’atomistique, construction d’OM simples), des états de la matière et de la cristallographie (maille, structures cristallines).

Langue(1)

Cours, TD, TP

Documents

Bibliographie

Français

Français

FR

FR-EN

(1) D’une manière générale, les documents de cours sont à rédiger en anglais. Les sujets d’examen sont en anglais ou accompagnés d’une explication en anglais s’il y a des étudiants non francophones.

Fonctionnement de l’UE

 

Plan du cours de chimie théorique

Chapitre 1 – Diagrammes d’orbitales moléculaire
Chapitre 2 – Méthode de Hückel
Chapitre 3 – Fragments et diagrammes de Walsh
Chapitre 4 – Symétries moléculaires et groupes de symétrie
Chapitre 5 – Applications à la structure géométrique et à la réactivité des molécules et des complexes

Plan du cours de chimie du solide

Chapitre 1 –  Description du solide périodique — Bases de Cristallographie ; Diffraction des milieux cristallins. Solide parfait et solide réels, défauts dans les solides.
Chapitre 2 – Les liaisons dans les solides — Les liaisons métallique, ionique, covalente et leurs limites
Chapitre 3 – Quelques propriétés des matériaux — Propriétés mécaniques, propriétés optiques, propriétés électriques (piézoélectriques, ferroélectriques, semi-conducteurs), propriétés magnétiques, propriétés en catalyse hétérogène.

Les séances de Travaux Pratiques sont l’occasion de mettre en œuvre expérimentalement les concepts et applications développés en cours.

Bibliographie :
1/ Structure électronique des molécules, Tomes 1 et 2 ; Y. Jean et F. Volatron, (Dunod, 2003)
2/ Les orbitales moléculaires dans les complexes; Y. Jean,  (Ed. École Polytechnique, 2003)
3/ Molecular quantum mechanics, P. Atkins and R. Friedman (Oxford Univ. Press)
4/ Éléments de chimie quantique à l'usage des chimistes, J.L. Rivail (EDP sciences)
5/ A. Ringbom, Les complexes en Chimie analytique, Dunod, Paris 1967
6/ P. Souchay, Ions minéraux condensés, Masson, Paris 1969
7/ J.P. Jolivet, De la solution à l’oxyde, InterEditions-CNRS, Paris 1994.
8/ Rousseau –Gibaud , Cristallographie géométrique et radiocristallographie 3ème édition. Dunod.
9/ Van Meerssche – Feneau-Dupont, Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale 3ème édition. Editions Peeters.
10/ J.-F. Marucco Chimie des solides, EDP sciences 2004,
11/ Smart – Moore, Introduction à la chimie du solide. Masson.