Programma di studio

• Obiettivi

  Structure atomique et moléculaire

  • Comprendre les observations expérimentales qui ont suscité le développement d'une nouvelle théorie physique
  • Comprendre la nécessité d'attribuer aux objets physiques microscopiques une dualité onde/particule
  • Connaître l'équation de Schrödinger et l'accepter comme outil de description du monde microscopique
  • Savoir résoudre l'équation de Schrödinger pour des particules avec une trajectoire unidimensionnelle à l'absence d'un potentiel
  • Reconnaître la relation entre la courbure d'une fonction d'onde associée à une particule et son énergie cinétique
  • Connaître l'interprétation de Born: le carré de la fonction d'onde est interprétée comme une densité de probabilité
  • Comprendre les conditions aux limites pour la résolution d'une équation d'onde comme les éléments induisant la quantification de l'énergie
  • Savoir calculer des superpositions de fonctions d'onde et des valeurs attendues d'une fonction d'onde composée
  • Connaître les deux cas extrêmes du principe d'incertitude de Heisenberg
  • Savoir décrire les mouvements de translation, rotation et vibration avec le formalisme de la mécanique quantique (Schrödinger)
  • Connaître la signification des nombres quantiques
  • Connaître la quantification du moment cinétique et comprendre les conséquences sur les orientations possibles des fonctions d'onde dans l'espace
  • Connaître l'expérience de Stern-Gerlach et savoir interpréter son résultat comme quantification du moment cinétique de l'électron autour de son propre axe (spin)
  • Connaître le spectre d'émission d'un atome d'hydrogène et savoir l'interpréter sur la base de la théorie quantique
  • Savoir calculer l'énergie d'ionisation de l'atome d'hydrogène avec les données du spectre d'émission
  • Savoir poser l'équation de Schrödinger pour l'atome d'hydrogène en utilisant des coordonnées polaires
  • Connaître la séparation de la partie angulaire et de la partie radiale de la fonction d'onde pour l'atome d'hydrogène en analogie avec le problème du mouvement de la particule dans une boîte tridimensionnelle
  • Calculer des énergies d'orbitales pour l'électron dans l'atome d'hydrogène en fonction des nombres quantiques
  • Savoir calculer la distribution radiale de la probabilité d'existence pour des orbitales mathématiquement simples
  • Connaître l'approximation orbitalaire comme possibilité de description d'atomes à plusieurs électrons
  • Connaître le principe de Pauli
  • Savoir appliquer le nombre de la charge nucléaire effective pour l'estimation d'une énergie d'un électron dans une orbitale spécifiée
  • Savoir indiquer la multiplicité d'un état atomique
  • Reconnaître l'interdépendance entre énergie et structure d'une molécule
  • Connaître et savoir justifier l'approximation de Born-Oppenheimer
  • Savoir faire le lien entre le concept de liaison chimique et les orbitales moléculaire formées par combinaisons linéaires d'orbitales atomiques
  • Comprendre les critères pour sélectionner les orbitales atomiques qui peuvent former des orbitales moléculaires
  • Savoir dessiner les diagrammes d'énergie des orbitales moléculaires appartenant à des molécules diatomiques homo- et hétéroatomiques
  • Savoir calculer des ordres de liaison
  • Connaître, comprendre et savoir appliquer le calcul variationnel
  • Comprendre l'hybridation comme une combinaison linéaire d'orbitale atomique de base pour adapter celles-ci à la géométrie de la molécule
  • Connaître la théorie de Hückel et savoir l'appliquer sur des polyènes et aromatiques ainsi qu'aux solides
• contenuto

  Les lacunes de la physique classique

  Fondements de la mécanique quantique

  • Opérateurs, observables, valeurs propres et valeurs attendues
  • L'équation de Schrödinger

  Description quantique de mouvements simples

  • Le mouvement translationnel (1-3 dimensions)
  • Le mouvement rotationnel
  • Le mouvement vibrationnel

  L'atome d'hydrogène

  • Le spectre d'émission de l'hydrogène atomique
  • L'équation de Schrödinger (partie radiale et angulaire), sa solution, les nombres quantiques et leur signification
  • Les atomes à plusieurs électrons - l'approximation d'orbitale

  Les atomes à plusieurs électrons - l'approximation d'orbitale

  • Le principe de Pauli et le ''Aufbauprinzip''
  • La périodicité des propriétés chimiques des atomes

  La structure moléculaire

  • Paramètre d'une structure : longueurs de liaison, angles de liaison, angles diédrals
  • La théorie des orbitales moléculaires
  • L'approximation de Born-Oppenheimer
  • L'approximation LCAO
  • Le ion moléculaire H2+
  • Orbitales liantes et anti-liantes
  • Molécules diatomiques, homonucléaires (O2,N2)
  • Molécules diatomqiues, hétéronucléaires (HF etc.)
  • Rudiment du calculer variationnel
  • La théorie de Hückel pour des polyène, aromates et des corps solides

Metodo d'insegnamento e volume di lavoro

Titolo del corso

Metodi di valutazione

• prove in itinere prove scritte

Metodo di calcolo della nota del corso

Moyennes des notes du contrôle continu

Letteratura di riferimento

Docente/i e/o coordinatore/i

Jean-Nicolas Aebischer