Master the basic notions of quantum mechanics as used in chemistry
Resolve the Schrödinger equation of simple systems (hydrogenoid atoms, chemical bond, pi-conjugated systems using Hückel method) and interpret the result.
Understand the quantum origin of various concepts (chemical bond, aromaticity, ...) and make the connections with the measurable quantities (bond length, absorption wavelength, ionisation energy, ...)
Give a first introduction to quantum chemistry and in particular to orbital theory
After summarizing the fundamentals of Quantum Mechanics, methods to determine and analyze the electronic structure of hydrogenoïds, light atoms, the H2 molecule and of diatomic molecules are presented. This enables to introduce to central concepts of Quantum cehmistry: the orbital theory and the LCAO approximation. Then, the course focuses on the electronic structure of unsaturated molecules, within the Hückel method.
Table des matières
1. Origines de la mécanique quantique
1.A. Les limites de la physique classique
1.B. La dualité onde-particule
2. Principes de mécanique quantique - Dynamique des systèmes atomiques et moléculaires (microscopiques)
2.A. Les postulats de la mécanique quantique
2.B. L'équation de Schrödinger
2.C. Particule dans une boîte
2.D. Le principe d'incertitude de Heisenberg
3. L'atome d'hydrogène et les hydrogénoïdes
3.A. Séparation de l'équation de Schrödinger en équations radiale et angulaire
3.B. L'équation angulaire
3.C. L'équation radiale
3.D. Interprétation des fonctions d'onde hydrogénoïdes
4. L'atome d'He et les atomes à plusieurs électrons : du modèle indépendant à une solution approchée
4.A. Le modèle indépendant ou l'approximation des orbitales
4.B. Le principe d'exclusion de Pauli
4.C. L'atome d'He
5. La théorie des orbitales moléculaires - la liaison chimique
5.A. La molécule de H2+ et l'approximation LCAO
5.B. Les molécules diatomiques
6. Les molécules insaturées - la méthode de Hückel
6.A. Principes de la méhode de Hückel
6.B. Molécules simples
6.C. Energie de stabilisation aromatique
The exercises aim at illustrating the courses. In addition, they will help detailling the most important mathematical transformations of the course.
The exam consists in the written preparation (1H30) of 3-4 questions, followed by an oral presentation and discussion (15 minutes).
Atkins' Physical Chemistry, P. Atkins et J. de Paula, Oxford University Press, Oxford, 2006, 8ème édition.
D.A. McQuarrie et J.D. Simon, Physical Chemistry - A Molecular Approach (University Science Books, Sausalito, California), 1997.
C. Cohen-Tannoudji, B. Diu et F. Lalöe, Mécanique Quantique, Tome I, Hermann, Paris, 1977.
E. Heilbronner and H. Bock, The HMO-Model and its Applications 1. Basis and Manipulation, English translation, Wiley-Interscience, New York, 1976. E. Heilbronner and H. Bock, The HMO-Model and its Applications 3. Tables of Hückel Molecular Orbitals, English translation, Wiley-Interscience, New York, 1976.
A.A. Lucas, Scribbles that changed the course of human affairs, Académie royale de Belgique, Louvain-la-Neuve, 2004.