Atomistique et Liaison chimique

1
Des atomes aux molécules (25)
n m 6 AX6 SF6, AX5E BrF5,
... AX4E2 XeF4, ...
Octaédrique
Pyramide à base carrée
carrée
2
Des atomes aux molécules (26)
n m 7 AX7 IF7,
Bipyramide à base pentagonale
3
Des atomes aux molécules (27)

• Subtilités
• répulsion n-n gt n-l gt l-l
  (n paire libre l paire liée)

4
Des atomes aux molécules (28)
Influence de la mésomérie. Exercice à laide
des modèles de Lewis et VSEPR, expliquer pourquoi
langle H-N-H vaut 113,2 dans laniline, alors
qu il vaut 107,3 dans NH3 et 120 dans lion
iminium (H2CNH2).
Aniline
5
Des atomes aux molécules (29)

• Limites du modèle VSEPR.
• Pourquoi SiH3 est pyramidal et CH3 plan ?
• Pourquoi CaF2 est coudé ?
• Pourquoi C2H4 est plan ?
• Pourquoi BH2 est linéaire ou coudé suivant quil
  est irradié par la lumière ?
• ...

6
Liens Web
VSEPR http//neon.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/ vs
epr/intro/vsepr_splash.html
7
Des atomes aux molécules (30)

• Moments dipolaires électriques.
• Grandeur vectorielle qui na de sens que pour les
  systèmes électriquement neutres.
• Si le barycentre des charges positives, chargé
  q, ne correspond pas au barycentre des charges
  négatives, chargé ?q, la norme du moment
  dipolaire est égale au produit de la charge q par
  la distance d entre les barycentres.

8
Des atomes aux molécules (31)
q en coulomb (C) d en mètre (m) m en C.m ou en
Debye (D) 1 D 3,3.10?30 C.m
Les atomes isolés nont pas de moment
dipolaire. Les molécules diatomiques
homonucléaires non plus. Les molécules
diatomiques hétéronucléaires ont un moment
dipolaire non nul.
9
Des atomes aux molécules (32)

• Latome le plus électronégatif a un excès
  délectrons (charge électrique ?q)
• q 0 ? liaison purement covalente
• q ? 0 ? liaison polaire
• q n.e ? liaison purement ionique

10
Des atomes aux molécules (33)
Pourcentage dionicité
11
Des atomes aux molécules (34)
Molécules polyatomiques ou en simplifiant
 le moment dipolaire moléculaire est égal à la
somme vectorielle des moments dipolaires de
liaison.  ? attention à la symétrie !
12
Des atomes aux molécules (35)
Influence de la mésomérie.
mexp très faible et orienté de C vers O
Règle en général mésomérie gt induction
13
Dualité onde-corpuscule (1)

• La lumière selon Newton XVIIe
• vue comme un jet de particules qui rebondissent
  sur les miroirs
• La lumière selon Maxwell XIXe
• nature ondulatoire qui explique les figures
  dinterférences(diffraction, )
• Unification de loptique, de lélectricité et du
  magnétisme!

14
Dualité onde-corpuscule (2)

• La lumière selon Einstein XXe
• composée de grains dénergie (photons)
• E hn p h/l

• Effet photoélectrique
• pas démission en deçà de nseuil ? intensité
• Ecinétique f(n) mais pas de I

15
Dualité onde-corpuscule (3)

• Expérience des fentes dYoung

I1
Source
Ecran
Fente
16
Dualité onde-corpuscule (3)

• Expérience des fentes dYoung

Source
I2
Ecran
Fente
17
Dualité onde-corpuscule (3)

• Expérience des fentes dYoung

I1 I2
?
Source
Ecran
Fente
18
Dualité onde-corpuscule (3)

• Expérience des fentes dYoung

I obserbée
Source
Ecran
Fente
19
Dualité onde-corpuscule (4)

• Que ce passe t-il si on diminue lintensité du
  rayonnement (envoyer les photons un par un) ?
• Hyp 1 corpusculaire
• linterférence ne peut être due quaux
  interactions entre 2 photons qui passent par les
  deux fentes en même temps!
• Elle devrait donc disparaître.

20
Dualité onde-corpuscule (5)

• Hyp 2 ondulatoire
• en diminuant lintensité du rayonnement, la
  figure de frange doit être atténuée mais
  conservée.

Résultats ni lune ni lautre !
21
Dualité onde-corpuscule (6)
Si la durée de lexpérience est courte les
franges disparaissent ? Corpusculaire Si la
durée de lexpérience est longue les franges
réapparaissent ? Ondulatoire
22
Dualité onde-corpuscule (7)

• Hyp 3 le photon interfère avec lui même en
  passant par les 2 fentes !?

Si deux détecteurs derrière les fentes ? les
photons passent soit par lune soit par lautre
fente. Si un seul détecteur ? plus de frange
! La mesure perturbe le système !
23
Dualité onde-corpuscule (8)

• Il faut renoncer à la notion de trajectoire !
• Il faut accepter le caractère aléatoire !
• (probabiliste)
• Louis de Broglie a étendu cette dualité aux
  particules de matière.

24
Dualité onde-corpuscule (9)
Quantification de lénergie  Particule dans
une boite unidimensionnelle de longueur L 
- énergie cinétique
- de Broglie
- condition de stationarité de londe
La quantification de lénergie ne provient que
des conditions aux limites !
25
Mécanique quantique (1)

• Mécanique classique
• Mécanique quantique
• Yi fonction donde qui décrit la particule.
• Ei énergie de létat de la particule décrit par
  Yi
• opérateur Hamiltonien

26
Mécanique quantique (2)

• Fonction donde Seul son carré à un sens
  physique
• dP Y2 dt probabilité de trouver la
  particule dans le volume dt.
• Elle doit être normée car la probabilité de
  trouver lélectron dans tout lespace est
  évidemment 1.
• Cest la condition aux limites !!

27
Atomes Hydrogénoïdes (1)

• 1 seul électron H, He, Li2, U91,
• Énergie avec n entier positif !
• I 13,6 eV 0,5 u.a. ...

28
Atomes Hydrogénoïdes (2)

• Quest ce que lénergie dun atome ?

• énergie cinétique du noyau

• énergie cinétique de lélectron

• énergie potentielle attractive ény

Comme noyau beaucoup plus lourd quélectron ?
mouvements indépendants ? séparation des
variables (approximation de Born-Oppenheimer)
29
Atomes Hydrogénoïdes (3)

• Énergie avec n entier positif !
• Qd n 1 niveau le plus bas (fondamental)
• Qd n gt 1 niveau excité ( E lt 0)
• Si E ? 0 état ionisé