Chimie Quantique et Modélisation Moléculaire

Informations

Langue d'enseignement : Anglais
Crédits ECTS: 6

Programme

  • Heures d'enseignement dispensées à l'étudiant : 50 heures et 40 minutes
  • Temps de travail personnel : 100 heures

Objectifs et compétences

Objectifs :
Objectifs :

Comprendre et savoir utiliser les concepts de chimie quantique au niveau adéquat pour entreprendre des travaux de modélisation moléculaire.

Savoir déterminer la géométrie et les propriétés électroniques de molécules organiques en utilisant un logiciel de chimie quantique

Savoir déterminer les propriétés optiques de molécules organiques en utilisant un logiciel de chimie quantique

Savoir simuler un processus réactionnel en utilisant un logiciel de chimie quantique

Programme prévisionnel :

1. Introduction : Architectures des fonctions d'onde polyélectroniques :

Modèles orbitalaires. Descriptions mono et multi configurationnelles. Etats de spins, modèles des liaisons de valence et modèles d'orbitales moléculaires. Développements des bases orbitalaires : modèles ab initio et semi-empiriques.

2. Le modèle Hartree-Fock : fondements, usage et limitations.

Application : Calcul SCF-LCAO de l'état électronique fondamental de l'atome d'helium (utilisation des outils numériques)

3. Bases de fonctions atomiques de type gaussien (Pople, Dunning).

Application : Determination de la base gaussienne optimale pour décrire l'atome d'hélium (utilisation des outils numériques)

4. Les modèles semi-empiriques

Application : Structure électronique de la molécule LiH (TD classique et utilisation du code AMPAC)

Application : Structure électronique de molécules organiques pi-conjuguées : analyse de la densité électronique, effets inductifs et mésomères, charges partielles atomiques, indices de liaison, structures de résonance (utilisation du code AMPAC)

5. La corrélation électronique - méthodes variationnelles : Interaction de Configuration et méthodes multiconfigurationnelles.

Application : Calcul CI des états électroniques de la molécule d'hydrogène (TD classique et utilisation du code AMPAC)

Application : Etats excités de la molécule LiH (TD classique et utilisation du code AMPAC)

Application : Simulation des transitions électroniques de molécules organiques pi-conjuguées (utilisation du code AMPAC)

Application : Profil énergétique de la dissociation de la molécule d'hydrogène : comparaison HF / VB / CI (utilisation du code Gaussian)

6. La corrélation électronique - méthodes perturbatives : Théorie des perturbations du second ordre.

Application : Calcul MP2 de l'énergie de corrélation de la molécule d'hydrogène (TD classique et utilisation du code AMPAC)

7. Méthodes de la fonctionnelle de densité (DFT).

Application : Structure électronique de molécules organiques pi-conjuguées (utilisation du code Gaussian)

8. Exemples d'application des méthodes de chimie quantique à la spectroscopie et la réactivité des molécules organiques :

- Introduction : surface d'énergie potentielle, notion de chemin réactionnel, coordonnée de réaction, points stationnaires d’une SEP, structures d’équilibre, états de transition.

- Simulation de processus réactionnels en chimie organique (calculs quantiques, relations avec les modèles d'OM frontières, Woodward-Hoffman).

- Simulation des propriétés optiques de molécules organiques - absorption

- Simulation des propriétés optiques de molécules organiques - emission

- Processus photochimiques

Compétences :
  • Réaliser des travaux à dominante scientifique, définis par des consignes et sous contrainte de temps : * établir des priorités, * s’organiser individuellement, * gérer son temps et ses priorités, * planifier.
  • Réaliser une étude, scientifique ou non, en vue d'une évaluation, d'un développement, d'une conception, d'une application, en vue de tester ou d'élaborer une modélisation : * poser une problématique en tenant compte du contexte et des objectifs, * construire et développer une argumentation et une stratégie, * réaliser l'action, * évaluer les données et les résultats, * évaluer l'action et proposer des prolongements.
  • Savoir communiquer en français et/ou en anglais (un niveau minimal en langue anglaise est requis pour l'obtention du Master de chimie): * rédiger clairement, * préparer des supports de communication en utilisant diverses techniques (rapport, diaporama, note de synthèse, poster,...), * les commenter pour un public, averti ou non
  • - Se mettre en recul d’une situation, s’auto-évaluer et se remettre en question pour apprendre.

  • Mettre en œuvre une démarche scientifique sur le plan expérimental et de la modélisation: * concevoir et mettre en œuvre un protocole expérimental, * utiliser les appareils et les techniques de mesure les plus courants; * recueillir et exploiter des données, * identifier les sources d'erreur pour calculer l’incertitude sur un résultat expérimental; * élaborer et organiser des interprétations théoriques et/ou modèles * apprécier les limites de validité d'un modèle, * valider un modèle par comparaison de ses prévisions aux résultats expérimentaux
  • Résoudre par approximations successives un problème complexe : en recherche fondamentale autant qu'appliquée, posséder une démarche scientifique progressive et itérative dans la résolution d'une problématique
  • Concevoir, mettre en œuvre, adapter ou utiliser, des techniques et des méthodologies dans les domaines de la chimie-physique, de la physique du solide, de l’électrochimie, de la chimie analytique et de la modélisation de systèmes chimiques.: o Appliquer les enseignements fondamentaux de la chimie-physique (Thermodynamique, Spectroscopie, Chimie Quantique, Electrochimie, Dynamique et Cinétique chimique) à la compréhension des propriétés de la matière et des ses transformations de l’échelle moléculaire à l’échelle macroscopique. o Connaître les bases fondamentales de fonctionnement et d’utilisation, des moyens d’analyse et de caractérisation physico-chimique de la matière. o Évaluer, interpréter et quantifier les cinétiques d’évolution d’un système physico-chimique. o Savoir utiliser les outils numériques pour modéliser les processus physico-chimiques. o Manipuler les mécanismes fondamentaux à l’échelle microscopique, modéliser les phénomènes macroscopiques, relier un phénomène macroscopique aux processus microscopiques.

Organisation pédagogique

le mode de fonctionnement de l'UE est présenté au début des enseignements

Contrôle des connaissances

*Session 1 :

Examen écrit de1h30 (Coeff. 0.6)

Projet évalué suite à une soutenance orale (Coeff. 0.4)

*Session 2 :

Examen écrit de1h30 (Coeff. 0.6)

Report de la note de projet de session 1 (Coeff. 0.4)

Lectures recommandées

l'ensemble des références bibliographiques est communiqué au début des enseignements

Responsable de l'unité d'enseignement

Frederic Castet

Enseignants

la composition de l'ensemble de l'équipe pédagogique est communiquée au début des enseignements