Architecture de la matière

  • ECTS

    4 crédits

  • Composante

    Collège Sciences et Technologies pour l’Energie et l’Environnement (STEE)

  • Volume horaire

    39h

Description

Décrivant la matière au niveau macroscopique par des espèces chimiques aux propriétés physiques et chimiques caractéristiques, le chimiste la modélise au niveau microscopique par des entités chimiques dont la structure électronique permet de rendre compte et de prévoir diverses propriétés. 

 

Description microscopique

L’étude proposée dans cette UE est centrée sur la classification périodique des éléments, outil essentiel du chimiste, dans l’objectif de développer les compétences relatives à son utilisation : extraction des informations qu’elle contient, prévision de la réactivité des corps simples, prévision de la nature des liaisons chimiques dans les corps composés, etc. On se limite aux principales caractéristiques de la liaison chimique, à l’exclusion de modèles plus élaborés comme la théorie des orbitales moléculaires qui sera étudiée en seconde année.

Ce module permet une introduction aux notions de base de chimie quantique (introduction de l’équation de Schrödinger, et des nombres quantiques caractérisant un électron au sein d’un atome ou d’un ion monoatomique).

 

Description macroscopique

La finalité de ce module est de faire le lien entre certaines propriétés macroscopiques d’une espèce chimique moléculaire ou atomique (température de changement d’état, solubilité, …) et la description microscopique des entités chimiques qui la composent (polarité, polarisabilité…).

Les liaisons intermoléculaires sont décrites et la notion de solvant est abordée (en relation avec l’UE de chimie organique)

 

Ce module est complété par des travaux pratiques (UE Physique et Chimie Expérimentale 1).

 

Contenus des enseignements :

  1. L’atome

Les modèles historiques – Le modèle quantique – Retour sur l’atome d’hydrogène et la quantification de l’énergie.

Description des orbitales atomiques (nombres quantiques, formes des OA, énergie …).

Configuration électronique (règle de remplissage) électrons de cœur et électrons de valence.

  1. Classification périodique

Architecture et lecture du tableau périodique – Evolution des propriétés au sein de la classification…- Modèle de Slater.

  1. Molécule et entité polyatomique

Le modèle de Lewis – Géométrie et modèle de Gillespie (méthode VSEPR) – Théorie de l’hybridation (méthode CLOA) – Polarité – Moment dipolaire – Polarisabilité.

  1. Interactions intermoléculaires – Propriétés de la matière - Solvants

Interactions de Van der Waals – Liaison hydrogène - Grandeurs caractéristiques des solvants : moment dipolaire et permittivité relative.

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Objectifs

- Établir une configuration électronique d’un atome (ou d’un ion) dans son état fondamental ;

- Utiliser la classification périodique des éléments pour déterminer, justifier ou comparer des propriétés (oxydo-réduction, aptitude à la complexation, polarisabilité, …)

- Construire une entité polyatomique avec le modèle de Lewis et prévoir sa géométrie par la méthode VSEPR ;

-  Vous approprier les outils de description des entités chimiques (liaison, géométrie, polarité, notion de nuage électronique, polarisabilité…)

- Établir des corrélations entre certaines propriétés physiques de la matière et la structure électronique des atomes/molécules

- Etablir un lien entre l’état de la matière et les forces d’interaction intermoléculaires

- Comprendre l’effet des forces intermoléculaires sur la structure des molécules biologiques (acides aminés, protéines …)

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Heures d'enseignement

  • Architecture de la matière - CMCours Magistral19,5h
  • Architecture de la matière - TDTravaux Dirigés19,5h

Contrôle des connaissances

Évaluation continue intégrale (ECI) 100%

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Compétences visées

Bloc 1

Communiquer et collaborer

 

C 1.1. Maitriser les outils numériques

 

N/A

 

C 1.2. Collaborer et communiquer dans le cadre d'un projet scientifique

 

N/A

 

C 1.3. Développer la pratique d’une langue étrangère dans les domaines scientifiques

 

N/A

Bloc 2

Élaborer une démarche scientifique

 

C 2.1. Maitriser les techniques et les appareils de laboratoire

 

N/A

 

C 2.2. Concevoir et mettre en œuvre une démarche scientifique

 

Débutant

 

C 2.3. Modéliser un phénomène physico-chimique

 

Débutant

Bloc 3

Analyser en se reposant sur un socle de connaissances scientifiques

 

C 3.1. Développer un esprit critique sur les données expérimentales

 

Débutant

 

C 3.2. Relier un phénomène macroscopique aux processus microscopiques

 

Débutant

 

C 3.3. Mobiliser les concepts mathématiques dans les domaines physico-chimiques

 

N/A

Bloc 4

Construire son projet

 

C 4.1. Explorer le monde professionnel pour orienter son projet

 

N/A

 

C 4.2. Identifier sa responsabilité individuelle et collective au sein d’une structure professionnelle

 

N/A

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