Département : Chimie Physiquemoodle.bordeaux-inp.fr/pluginfile.php/93/coursecat... · Chimie générale, Physique et Mathématiques du niveau Classes prépas Math-Sup, Math-Spé

SYLLABUS CPA

(Chimie Physique & Analytique)

2015-2016

SEMESTRE

5

Objectifs Pédagogiques

La chimie théorique joue un rôle majeur dans de nombreux secteurs de la chimie, en raison de son pouvoir interprétatif des

comportements physico-chimique de la matière, et également de son pouvoir prédictif grandissant par la mise en œuvre de

nouveaux modèles et outils calculatoires. Un ingénieur doit être capable d’avoir une attitude critique sur les capacités et les

limitations de ces nouveaux moyens d’étude engendrés par l’essor de l’informatique. Ce cours, dévolue en majeure partie à la

théorie quantique trouvera son application dans d’autres enseignements notamment ceux de thermodynamique statistique et

spectroscopie.

Evaluation

S1 : ET (1h30)

Contenu

Chapitre 0 - Les fissures de l'édifice de la physique classique (travail personnel)

Chapitre 1 - Les postulats de la mécanique quantique (3 séances)

- Enoncé des postulats

(Fonctions d’onde + Operateurs + mesure + eq. aux valeurs propres. + valeurs moyennes + eq. Schrödinger)

- Espace des fonctions propres d’un opérateur et bases orthonormées

- Représentation matricielle d’un opérateur

- Relation d’incertitude d’Heisenberg généralisée

- Probabilité et mesure d’une observable

TD - 2 séances d’exercice

Chapitre 2 - Les ions hydrogénoïdes (3 séances)

- Les orbitales atomiques (partie radiale et angulaire)

- Moment magnétique orbital et spin électronique / Unités atomiques


Chapitre 3 - Les atomes polyélectroniques (3 séances)

- Approche orbitalaire / Principe de Pauli et antisymétrie de la fonction d’onde

- Modèle effectif de Slater

- Méthode des variations et perturbations


Chapitre 4 - Les modèles de structure électronique pour les molécules (3 séances)

- Approximation Born-Oppenheimer

- Méthode des variations linéaires

- Diagramme de corrélation

TD - 2 séances d’exercices

Pré-requis

Chimie générale, Physique et Mathématiques du niveau Classes prépas Math-Sup, Math-Spé ou Licence 1ère et 2éme années.

Références Conseillées

C. COHEN-TANNOUDJI, B. DIU, et F. LALOË

“Mécanique Quantique”, Hermann - 2 volumes T1(1998), T2(2000)

J.L. RIVAIL

“Elements de Chimie Quantique à l’usage des chimistes”, Inter-Editions/Editions du CNRS (1999)

Département : Chimie-Physique

Thématique : Chimie Physique et Analytique

Année : 1 Semestre 5 Unité d’enseignement : Chimie Physique Crédits UE : 6 ECTS

Code : PC5CQUAN Composante : Chimie Quantique Nb d’heures : 26h40 Coef. : 44.1

Nature : Cours intégré Nom des intervenants :

Cédric CRESPOS, Pascal LARREGARAY Courriel : [email protected] ,

[email protected]

mailto:[email protected]



Ce cycle de manipulations permet un approfondissement de certaines notions vues en cours de thermodynamique

générale et de thermodynamique du solide.

Ces travaux pratiques visent à préparer les étudiants à l’utilisation de différentes techniques de mesures en chimie

physique et thermodynamique, leur en expliquer les principes, leur permettre d’exploiter les résultats obtenus et de les

comparer à des données de la littérature.

Evaluation

S1 : TP (Rap)

S2 : rep(S1)

Contenu

1. MÉLANGES BINAIRES : DIAGRAMME ISOBARE LIQUIDE-LIQUIDE

Mesure et tracé du diagramme liquide-liquide éthanol - dodécane.

2. MÉLANGES BINAIRES : DIAGRAMME ISOBARE LIQUIDE-VAPEUR

Mesure et tracé du diagramme liquide-vapeur du mélange eau – n.propanol. Calcul des coefficients d’activité.

3. MÉLANGES BINAIRES MONOPHASÉS : VOLUMES MOLAIRES PARTIELS

Mesure et tracé des volumes molaires du mélange eau – éthanol à l’aide d’un densimètre à tube vibrant. Calcul

du volume d’excès et des volumes molaires partiels.

4. MÉLANGES TERNAIRES LIQUIDE-LIQUIDE : EAU-HYDROCARBURE-ALCOOL

Détermination de l’enveloppe de phase.

5. ÉTABLISSEMENT DU DIAGRAMME DE PHASE DU SYSTÈME Bi-Sn par analyse thermique (DSC).

6. ANALYSE MICROSTRUCTURALE D’ALLIAGES Bi-Sn Détermination des fractions volumes des différentes phases à l’équilibre et des températures de transition en

fonction de la composition.

Pré-requis

Cours de Thermodynamique générale


Voir références conseillées pour les cours de thermodynamique générale et de thermodynamique du solide.




Code : PC5TPTHE Composante : TP Thermodynamique générale Nb d’heures : 24h Coef. : 25

Nature : TP

Nom des intervenants : GORSSE Stéphane, HEINTZ

Jean-Marc, LAUGIER Serge, LOUDET Jean-

Christophe , Adeline PERRO-MARRE, Amélie

VEILLERE

Courriel : [email protected]


Avoir assimilé la démarche et la présentation de la thermodynamique faîtes dans ce cours :

-Être capable de trouver l’état d’équilibre d’un système macroscopique et de le décrire à l’aide des outils qui auront été

introduits (fonctions d’état, équations d’état, etc.),

-Comprendre la lecture et la construction des diagrammes de phases (corps pur et mélange binaire essentiellement).

Évaluation S1 : ET(1h)

Contenu

Dans une première partie (paragraphe 1 et 2), nous présentons les fondements de la thermodynamique en proposant une approche

plus moderne que l’approche « historique ». Même si le développement est surtout phénoménologique, la description de l’état

d’équilibre est déduite du comportement du système à l’échelle microscopique (atomique). Ceci permet de donner un sens

physique clair à l’entropie. L’avantage principal de cette présentation est d’être parfaitement cohérent avec une description

statistique plus « sophistiquée » qui sera enseignée au second semestre.

Dans une deuxième partie (paragraphe 3 et 4), nous proposons d’appliquer nos connaissances de la thermodynamique à la

description des diagrammes de phases. Nous envisageons tout d’abord le cas du corps pur avant d’étudier le cas des mélanges

(binaires essentiellement). Si le temps le permet, nous dirons également quelques mots sur les diagrammes ternaires.

1 : L’état d’équilibre macroscopique

Dans ce premier chapitre, nous abordons les notions suivantes : système macroscopique, énergie interne, les différentes facettes

de l’équilibre thermodynamique, fonctions et variables d’état extensives et intensives, passage du monde microscopique au

monde macroscopique, entropie et principe d’extremum, états d’équilibre contraint et naturel.

2 : Les équations d’état et les autres fonctions d’état

Définition des paramètres pression, température et potentiel chimique via les équations d’état (énergie interne et entropie), état

d’équilibre décrit par les équations d’état, lien avec le principe d’extremum, application au gaz parfait, présentation des autres

fonctions d’état (énergie libre, enthalpie libre, enthalpie, etc.), utilisation de fonctions normalisées, coefficients calorimétriques

(application à la calorimétrie).

3 : Diagramme de phases d’un corps pur

Définition d’un diagramme de phases, représentations d’un diagramme de phases, description de l’équilibre entre phases

(transitions solide/liquide, solide/gaz, liquide/gaz), règle des phases (variance), règle des moments, chaleur latente et relation de

Clapeyron, description plus fine de la transition liquide/gaz à l’aide du modèle de Van der Waals, règle de la tangente commune,

courbe spinodale, métastabilité et instabilité.

4 : Diagramme de phases de mélanges (en fonction du temps restant)

Description de l’état d’équilibre d’un mélange, mélange binaire, modèle de liquide incompressible, modèle des solutions

régulières, équilibre entre phases gazeuse, liquide et solide (fuseau liquide/gaz, azéotropes à maximum, minimum).

Considérations très générales sur les diagrammes ternaires (si possible).

Pré-requis

Pas de pré-requis particulier sinon des notions générales « élémentaires » en physique, chimie et mathématique, normalement

largement vues lors des études antérieures.


- Cours de Physique Thermodynamique, Claude Coulon, Sylvie Le Boiteux, Patricia Segonds, série DEUG sciences, ed.

DUNOD, 1997,

- TD Thermodynamique, Claude Coulon et coll., série DEUG sciences, ed. Dunod 1998.




Code : PC5THERM Composante : Thermodynamique Générale Nb d’heures : 18h40 Coef : 30.9

Nature : Cours intégré Nom de l’intervenant : Jean-Christophe Loudet Courriel : [email protected]

SEMESTRE

6


1. Cours A. Thienpont : Anchi1

Présenter les deux principales techniques de chromatographie (en phase gazeuse et en phase liquide), et déterminer

les conditions d’analyse d’un mélange simple.

2. Cours I. Gosse : Anchi2 (2h 40 cours + 6 h 40 TD (S. Pinet et I. Gosse))

Interpréter un spectre de RMN du proton et du 13C.

Sélectionner des techniques spectroscopiques IR RMN appropriées pour l’identification et l’analyse des composés

organiques.

3. Cours Y. Nicolas : Anchi3 (4 h cours + 4h TD)

Expliquer le principe de la technique de spectrométrie de Masse (appareillage, méthodes d’ionisation,

fragmentations). Interpréter un spectre de masse pour l’identification et l’analyse de composés organiques.

4. TD Analyses Multitechniques I. Gosse + Y. Nicolas : Anchi4 (5h20 TD)

Déterminer une structure chimique à partir des techniques de spectroscopies.

Evaluation S1 : ET(1h30, E, da : tables IR, RMN et Masse, ca)

Contenu

- Cours Anne Thienpont (13h)

Introduction- présentation des différentes chromatographies - potentialités des techniques

1. La chromatographie en phase gazeuse

1.1 Introduction

1.2 Appareillage

1.3 Les détecteurs

1.4 Grandeurs fondamentales-

1.5 Les phases stationnaires

1.6 Mise au point d’une séparation (démarche à suivre)

1.7 Applications

2. La chromatographie en phase liquide (même plan que la chromatographie en phase gazeuse

3. Les méthodes d’analyse quantitative : normalisation interne, étalon interne, étalon externe, méthode des ajouts

dosés

4. Exercices d’application sur les différentes techniques chromatographiques A. PERRO-MARRE et A

THIENPONT (2h40)

- Cours Isabelle Gosse : Spectroscopie RMN

1. Principe de la RMN

2. Déplacement chimique

3. Intensité de l'absorption

4. Couplage spin-spin

5. RMN du 13C

6. RMN 2D

- Cours Yohann Nicolas : Spectrométrie de Masse

1. Appareillage et techniques d’ionisation

2. Pic moléculaire et Amas isotopiques

3. Fragmentations

4. Exercices : études de spectres

Pré-requis

Base de chimie (classes de produits)- quelques connaissances de physico-chimie (en spectroscopie en particulier),

Chimie organique : connaissance des fonctions organiques, des structures chimiques, polarité.


Chromatographies en phase liquide et supercritique de R. Rosset, M. Caude, A. Jardy

Chromatographie en phase gazeuse de Tranchant

Identification spectrométrique de composés organiques, de SILVERSTEIN, BASLER et MORILL, éditions De Boeck



Année : 1 Semestre 6 Unité d’enseignement : Sciences Analytiques Crédits UE : 5 ECTS

Code : PC6ANCHI Composante : Analyse Chimique Nb d’heures : 34h40 Coef. : 56,8

Nature : Cours intégré Nom des intervenants: Isabelle Gosse, Yohann Nicolas,

Anne Thienpont

Courriel :

[email protected], [email protected]

[email protected]




Objectifs

Pour pouvoir décrire les propriétés physiques et chimiques des molécules d’un point de vue théorique, il faut savoir décrire l’état

quantique du nuage électronique. Les divers modèles de structure électronique s’attachent donc à décrire la répartition des électrons

sur les différents états électroniques moléculaires. Compte tenu de la complexité du problème, différents modèles approchés peuvent

être utilisés, en fonction des objectifs que l’on se donne (quantitatifs ou seulement qualitatifs) et des propriétés que l’on souhaite

étudier ou simuler. Ce cours a pour objectif de proposer une vision des différentes représentations modernes de la structure

électronique des systèmes chimiques et de fournir une introduction aux méthodes de calcul d’usage courant dans les logiciels de

modélisation moléculaire dits « ab initio » ou « semi-empiriques » (exemple : GAUSSIAN, AMPAC etc. …).

Evaluation

S1 : ET (1h)

Contenu

Chapitre 1 – Le modèle Hartree-Fock (HF) : base des méthodes de calcul « ab initio » (4 séances)

- Champ moyen auto-cohérent

- Energie orbitalaire et énergie électronique

- Modèle LCAO/ analyse des couplages entre fonctions atomiques

- Densité électronique / effet inductif

- Limite du calcul HF et interactions de configurations (IC)

TD – 1/4 séance d’exercices

Chapitre 2 – Les modèles semi-empiriques de valence et modèles simplifiés (4 séances)

- Méthodes semi-empiriques de valence

- Méthodes de Hückel et Hückel étendu

- Les orbitales frontières

TD – 2/4 séances d’exercices

Chapitre 3 – Introduction à la théorie de la fonctionnelle de la densité – DFT (4 séances)

- Théorie de la DFT et applications/exercices TD

Pré-requis

Cours de Chimie Quantique du semestre 5




J.L. RIVAIL


Département : Chimie Physique


Année : 1 Semestre : 6 Unité d’enseignement : Chimie Physique et

Matériaux Crédits UE : 7 ECTS

Code : PC6CQUAN Composante : Chimie Quantique Nb d’heures : 16h00 Coef. : 14,5

Nature : Cours intégré Nom des intervenants : Cédric CRESPOS, Pascal

LARREGARAY

Courriel : [email protected] ,

[email protected]




Prévoir la solubilité des électrolytes

Décrire les phénomènes de transport dans les solutions d’électrolytes

Calculer le coefficient d’activité des ions

Exploiter certaines techniques électro analytiques

Evaluation

S1 : ET (1h)

Contenu

Cet enseignement présente les principes fondamentaux et les méthodes de l’électrochimie avant de développer quelques

applications.

Le cours peut être divisé en deux grandes parties complémentaires : les solutions électrolytiques et l’électrochimie à

l’équilibre (c’est à dire i = 0). La première partie aborde les propriétés des solutions ioniques : la solvatation des ions,

les phénomènes de transport dans les solutions ioniques (notamment la migration) et la distribution des charges

électriques au voisinage d’un ion. La seconde partie traite principalement des conséquences de la formule de Nernst et

de ses applications thermodynamiques et analytiques.

Pré-requis

Enseignement de Prépa ou de Deug classique


Electrochimie. Bard & Faulkner

Thermodynamique et cinétique électrochimique. Besson

Modern electrochemistry. Bockris

Principles and applications of electrochemistry. Crow




Code : PC6ELCHI Composante : Electrochimie Nb d’heures : 12h Coef. : 18,2

Nature : Cours intégré Nom de l’intervenant : Neso Sojic Courriel : [email protected]

Objectifs

A l'issue de l'enseignement, l'étudiant doit être capable de décrire d'un point de vue thermodynamique un liquide ou un solide

pouvant être polyphasé ou polycristallin.

Cela signifie qu'il doit être capable de définir une phase, un mélange de phase, de calculer les enthalpies libres associées, de

calculer l'activité d'une espèce, y compris en prenant en compte les échelles d'activités.

Il doit savoir compléter les diagrammes de phases binaires (tous) et ternaires (les plus simples), éventuellement redessiner des

zones "peu claires" à l'échelle de la représentation. Il doit aussi pouvoir expliquer la formation de la microstructure d'un alliage

métallique ou d'un matériau inorganique à partir de ces diagrammes et pouvoir les utiliser pour élaborer un matériau à

microstructure donnée en fonction de la température et de la composition.

Enfin, la stabilité d'un alliage métallique doit pouvoir être prédite en fonction de la température et de l'atmosphère utilisée.

Evaluation

S1 : ET (1h)

Contenu

1- Introduction

Intérêt de la thermodynamique pour la science des matériaux

2. Les mélanges

2.1 Définitions

2.2 Les phases condensées : modèle de l'idéalité, solutions solides ou liquides réelles

2.3 Les échelles d'activité

2.4 Changement d'état et activité

3. Diagrammes de phases

3.1 Rappels

3.2 Diagrammes de phases d'un mélange binaire

3.3 Applications : formation de microstructures

3.4 Diagrammes de phases ternaires

4. Interactions solides-phases gazeuses (traité sous forme de TD à partir du polycopié)

4.1 Etude des réactions solides-gaz

4.2 Diagrammes d'Ellingham

4.3 Mélanges gazeux et PO2

Intervenants

Jean-Marc Heintz : 8 créneaux de cours de 1h20 + 6 créneaux de TD de 1h20

Mélanie Majimel : 6 créneaux de TD de 1h20

Pré-requis

Cours de thermodynamique (semestre 5)

Acquis de la thermodynamique, relatifs aux gaz et aux changements de phase des corps purs, et à ceux de la

thermodynamique statistique de base, pour pouvoir s'intéresser de manière rigoureuse et efficace aux systèmes réels

plus complexes.


Ragone D.V., Thermodynamics of materials, J. Wiley, New York, 1995 (2 vol.).

Marocco J-F., Chimie des solides, EDP Sciences, Paris, 2004

DeHoff R., Thermodynamics in Materials Science, Taylor and Francis, CRC Press, Boca Raton (FL), 2006

Lesoult G., Thermodynamique des Matériaux, Traité des Matériaux, Vol. 5, Presses polytechniques et universitaires

romandes, Lausanne, 2010

Département Chimie-Physique


Année : 1 Semestre 6 Unité d’enseignement : Chimie Physique et


Code : PC6THSOL Composante : Thermodynamique du Solide Nb d’heures : 18h40 Coef. : 16,9

Nature : Cours intégré Nom de l’intervenant : Jean-Marc Heintz Courriel : [email protected]

Objectifs pédagogiques

Le cours aborde des notions de base de thermodynamique statistique, s'appuyant sur la présentation de la thermodynamique

générale donnée dans le module PC5THERM et détaillant l'approche visant à relier propriétés macroscopiques à l'équilibre

aux modèles construits à l'échelle microscopiques.

À l’issue de ce cours, l’étudiant sera capable non seulement de décrire mais également d'expliquer voire d'interpréter

certaines propriétés remarquables (« équations d'état ») de la matière et du rayonnement à l'échelle macroscopique.

L’introduction des équations d’état sera fondée sur la résolution de modèles, élémentaires mais néanmoins pertinents,

donnant accès à la relation entre propriétés microscopiques de divers systèmes de référence et leur comportement

macroscopique. L'étudiant sera ainsi sensibilisé à l'importance fondamentale de la modélisation

Après l'exposé des concepts généraux, la dernière partie du cours et la totalité des travaux dirigés seront dévolus à une

description idéalisée de systèmes réels, pouvant inclure : loi des gaz parfaits, élasticité « caoutchoutique », loi de Curie,

isotherme de Langmuir, capacité calorifique des solides (anomalie de Schottky, lois de Dulong et Petit, Einstein et

finalement Debye), loi de Planck du corps noir, loi de Guldberg et Waage de l’équilibre chimique.

Évaluation

S1 : ET (1h30)

Contenu

Plan du cours :

1 Position de la thermodynamique statistique par rapport aux autres branches de la physique. Description microscopique

et description macroscopique. Théorème d'extremum

2 L’ensemble micro-canonique. L’ensemble canonique et les ensembles dérivés

3 Statistiques quantiques de systèmes de fermions ou de bosons sans interaction. Limite classique.

4 Applications choisies parmi : le gaz parfait (corps pur et mélange), la constante d’équilibre d'une réaction, l'adsorption

sur une surface / l'insertion dans un solide, le solide paramagnétique, les défauts ponctuels dans un solide, le solide

d'Einstein ou de Debye, le rayonnement du corps noir, les conformations des macromolécules et les solutions de

polymères

Intervenants

Frédéric Nallet : 1 créneau de cours, 6 créneaux de TD en demi-groupe

Jean-Christophe Loudet : 6 créneaux de TD en demi-groupe

Pré-requis

Notions de mécanique quantique

Notions en statistique et probabilités

Thermodynamique : module PC5THERM

Mathématiques générales de niveau licence

Références conseillées

Physique statistique et thermodynamique, Claude Coulon et Stéphanie Moreau, 2ecycle Dunod (Paris, 2000)

Physique statistique – cours de physique de l'université de Berkeley, F. Reif, Armand Colin (Paris, 1972)



Année : 1

Semestre 6 Unité d’enseignement : Chimie Physique et Matériaux Crédits UE : 7 ECTS

Code : PC6THSTA Composante : Thermodynamique statistique Nb d’heures : 22h40 Coef. :

20,6

Nature : Cours intégré Nom des intervenants : Frédéric Nallet, Jean-

Christophe Loudet

Courriel : nallet@crpp-

bordeaux.cnrs.fr



Objectifs Pédagogiques et Compétences Acquises

Maîtriser l’utilisation d’un appareil de chromatographie (gaz ou liquide),

Réfléchir sur les paramètres à prendre en compte pour mettre au point une analyse chromatographique

Maîtriser l’analyse immédiate et la séparation d’un mélange simple,

Préparer un échantillon,

Identifier et doser les constituants d’un mélange.

Evaluation

S1 : TP (Rap)

S2 : rep(S1)

Contenu

Chaque étudiant travaillera en binôme avec un de ses collègues pendant 4 séances qui lui permettront de mettre en œuvre les

différentes techniques chromatographiques vues en cours : la chromatographie en phase gazeuse, la chromatographie sur

couche mince, la chromatographie liquide en colonne ouverte avec un suivi CCM des échantillons collectés, la

chromatographie liquide haute performance.

L’étudiant apprendra à :

1. Manipuler les différents appareillages,

2. Préparer des échantillons,

3. Utiliser différents supports chromatographiques,

4. Mettre en œuvre les différents paramètres qui permettent de régir une séparation,

5. Voir l’influence des différentes phases mobiles,

6. Identifier et doser les constituants d’un mélange.

7. réaliser une analyse quantitative

CPG : (4h) séparation et identification des constituants d’un mélange

Principe de dosage d’un constituant

HPLC : (4h) séparation et identification des constituants d’un mélange- Influence de la longueur d’onde- utilisation d’un UV à

barrettes de diodes- Influence de la nature de la phase mobile

Principe de dosage d’un constituant.

Colonne ouverte : séparation d’un mélange obtenu après une synthèse organique sur une colonne de silice. Suivi de la

séparation. Vérification de la pureté et de la composition de chaque composé obtenu. Rendement de la séparation.

CCM : séparation d’un mélange de composés sur différents supports. Comparaison des performances des supports. Révélation

des composés selon différentes techniques

Intervenants

Anne Thienpont (32h TP), Philippe Loubet (32 h TP), Aurélie Viellemard (64 h TP)

Pré-requis

Cours d’Analyse chimique chromatographique : module 1AS6.


Chromatographies en phase liquide et supercritique de R. Rosset, M. Caude, A. Jardy

Chromatographie en phase gazeuse de Tranchant

Identification spectrométrique de composés organiques, de SILVERSTEIN, BASLER et MORILL, éditions De Boeck



Année : 1 Semestre : 6 Unité d’enseignement : Sciences Analytiques Crédits UE : 5 ECTS

Code : PC6TPACH Composante : TP Analyse Chimique Nb d’heures : 16h Coef. : 12,5

Nature : TP Nom des intervenants: Anne Thienpont, Philippe

Loubet, Aurélie Viellemard

Courriel :

[email protected]

Objectifs

Pour pouvoir décrire les propriétés physiques et chimiques des molécules d’un point de vue théorique, il faut savoir décrire l’état

quantique du nuage électronique. Les divers modèles de structure électronique s’attachent donc à décrire la répartition des électrons

sur les différents états électroniques moléculaires. Compte tenu de la complexité du problème, différents modèles approchés peuvent

être utilisés, en fonction des objectifs que l’on se donne (quantitatifs ou seulement qualitatifs) et des propriétés que l’on souhaite

étudier ou simuler. Ce cours a pour objectif de proposer une vision des différentes représentations modernes de la structure

électronique des systèmes chimiques et de fournir une introduction aux méthodes de calcul d’usage courant dans les logiciels de

modélisation moléculaire dits « ab initio » ou « semi-empiriques » (exemple : GAUSSIAN, AMPAC etc. …).

Evaluation

S1 : TP (Rap)

Contenu

L’objectif de ces 4 séances de travaux pratiques est de proposer un éclairage sur le cours de Chimie Quantique 2, dans une

perspective liée à la réactivité chimique et à la détermination de différentes propriétés physico-chimique des molécules. Au-delà,

des applications de cours, il est proposé une introduction à l’utilisation des logiciels de modélisation moléculaire et de calcul de

structures électronique (travail sur AMPAC 9).

TP 1 - AMPAC : premières applications et structure électronique d’hétérocycles

- Usage simple du logiciel AMPAC

- Une application d’école : molécule LiH

- Et la molécule FH ?

- Structure électronique d’hétérocycles

TP 2 - Rotateurs internes moléculaires et surfaces d’énergie potentielle

- Rotateurs simples

- Deux vibrateurs couplés : cycle -CH2-NH-CH2-NH-

TP 3 - Mécanismes réactionnels en multidimensionnel : Cycloadditions « 4+2 » et « 2+2 »

- Cyclisation « 4+2 » : Reaction Diels-Alder entre le butadiène et l’éthylène

- Cyclisation « 2+2 » : une réaction d’addition

- Cycloaddition « 4+2 » versus « 2+2 »

TP 4 – Séance réservée pour le contrôle des connaissances, examen de 2h en situation sur la machine (1 poste par étudiant).

La durée des séances de travaux pratiques est fixée à 4h, les étudiants travaillent en binôme sur un poste PC.

Pré-requis

Cours de Chimie Quantique




J.L. RIVAIL


Département : Chimie ¨Physique


Année : 1 Semestre : 6 Unité d’enseignement : Chimie Physique et


Code : PC6TPCQU Composante : TP Chimie Quantique Nb d’heures : 16h Coef. : 25.0

Nature : Travaux Pratiques Nom des intervenants :

C. Crespos, P. Larregaray, J.M. Leyssale, R. Mereau Courriel : [email protected]


- Etre capable d’utiliser les concepts théoriques du cours en situation expérimentale : dosages potentiométrique,

conductimétrique, etc.

- Etre capable d’utiliser la technique électrochimique adéquate pour résoudre un problème donné : électrophorèse sur gel

pour déterminer la nature d’un colorant, méthode de dosage Karl Fisher pour déterminer la teneur d’eau dans un

échantillon, etc.

Evaluation

S1 : TP (Rap)

S2 : rep (S1)

Contenu

Il y a quatre séances de TP qui aborderont différents aspects de l’électrochimie :

- Conductimétrie (cas étudié : dosage de la teneur en acide acétique d’un vinaigre)

- Electrophorèse sur gel (cas étudié : détermination de la nature d’un colorant de bonbon)

- Electrodes sélectives (cas étudié : détermination de la quantité de fluor d’un dentifrice)

- Dosages potentiométriques (cas étudié : méthode de Karl Fisher pour déterminer la teneur en eau du pastis)

Pré-requis

Réactions redox

Cours d’électrochimie de la première année

Bases en chimie-physique (cinétique, processus de transport….)

Intervenants

Neso Sojic, 4 créneaux de 4h de TP

Stéphane Arbault, 6 créneaux de 4h de TP

Laurent Bouffier, 6 créneaux de 4h de TP

Vacataire, 16 créneaux de 4h de TP


Méthodes électrochimiques d’analyse, J.-L. Burgot , Lavoisier, 2012 .

Electrochimie des concepts aux applications ; Miomandre, Sadki, Audebert, Méammet-Renault, Dunod, 2011

Electrochimie physique et analytique ; H.H.Girault ; Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2001

Electrochemical Methods; A. J. Bard, L. R. Faulkner; Wiley, 2000




Code : PC6TPECH Composante : TP Electrochimie Nb d’heures : 16h Coef. : 12.5

Nature : TP

Nom des intervenants:

Neso Sojic, Stéphane Arbault, Laurent Bouffier,

Vacataire

Courriel : [email protected]

SEMESTRE

7

Objectifs :

Catégoriser les matériaux/liquides selon leurs propriétés interfaciales

Identifier et analyser les phénomènes ayant pour origine la tension de surface et adapter la composition d’un système en

vue d’obtenir les propriétés attendues

Prévoir le comportement d’un fluide au contact d’un substrat solide ou liquide (mouillage)

Identifier le rôle d’un tensioactif dans une formule complexe

Proposer des axes d’amélioration d’une formule mettant en jeu des tensioactifs par un choix rationnel des ingrédients

Décrire et classer les dispersions colloïdales.

Identifier et expliquer les sources d’instabilités dans une dispersion colloïdale.

Distinguer les différentes forces présentes dans un milieu colloïdal en fonction de sa nature.

Proposer des solutions expérimentales pour contrer les instabilités colloïdales.

Décrire la fabrication d’émulsions d’un point de vue théorique et pratique.

Evaluation

S1 : ET (1h30)

Contenu

Ce cours constitue une introduction à la formulation dans le domaine des milieux dispersés. Il a donc pour but de donner aux

étudiants les bases en physico-chimie des interfaces et des colloïdes.

I) Physico-chimie des interfaces et tensioactifs (8 séances+2TD, V. Ravaine)

La première partie de ce cours est consacrée à la physico-chimie des interfaces, qui jouent un rôle non négligeable dans ces

systèmes finement divisés. La première section est consacrée à la capillarité, c’est-à-dire l’étude des interfaces mobiles. Nous

introduisons la notion de tension interfaciale, en expliquant ses origines et ses conséquences. Nous détaillons également les

techniques qui permettent de mesurer cette grandeur. La deuxième section est consacrée au traitement thermodynamique des

surfaces, ce qui nous conduit à déterminer l’adsorption des solutés aux interfaces, et en particulier celle des tensioactifs. La

troisième section est consacrée au comportement des tensioactifs en solution où ils s’associent pour former des structures

colloïdales telles que les micelles ou des bicouches.

II) Stabilité dans les dispersions colloïdales (5 séances+1TD, C. Faure)

La deuxième partie du cours commence par une description brève des dispersions discrètes colloïdales et une proposition de

classification de ces systèmes particulaires. L’ensemble des causes possibles d’instabilités dans les dispersions colloïdales est

détaillé en spécifiant leur origine et les moyens de les contrer. Dans ce cadre là, l’accent est mis sur l'étude de l'ensemble des

forces (van der Waals, électrostatique, déplétion…) qui peuvent intervenir entre particules présentes dans les dispersions

qu’elles soient chargées (théorie de DLVO), recouvertes de polymères ou de tensioactifs. Leur origine physique est expliquée

et leurs potentiels d'interaction sont exprimés analytiquement et graphiquement.

III) Applications aux émulsions (2 séances+ 1TD, C.Faure)

La troisième partie est consacrée aux émulsions. Après avoir décrit leur formation à partir de systèmes micellaires et les

techniques de fabrication, nous traiterons de leur évolution cinétique en faisant référence aux concepts physico-chimiques

introduits dans la partie II.

Pré-requis

Thermodynamique générale


Foundations of colloid science, Vol. 1 et 2, Hunter ; Colloidal dispersions, Russel, Daville and Showalter

Gouttes, Bulles, Perles et Ondes, de Gennes, Brochart-Wyart, Quéré

Thermodynamique des états de la matière, Papon et Leblond ; Physical Chemistry of Surfaces, Adamson


Thématique : Chimie physique et analytique

Année : 2 Semestre 7 Unité d’enseignement : Colloïdes & Electrochimie Crédits UE : 5 ECTS

Code : PC7COLLO Composante : Colloïdes Nb d’heures : 25 h 20 Coef. : 47,5

Nature : Cours intégré Nom des intervenants : Valérie Ravaine, Chrystel Faure, Courriel : [email protected],

[email protected]


Objectifs

- Etre capable de discuter les différents processus physico-chimiques à l’interface électrode-électrolyte et comment leur

combinaison conduit à un comportement plus au moins complexe du système électrochimique dans sa globalité,

- Etre capable de transposer les différents concepts de l’électrochimie vers des domaines d’applications qui seront traités plus

en détail dans le cadre du cours “Electrochimie Industrielle”

Evaluation

S1 : ET (1h)

Contenu

Ce cours est censé donner aux étudiants des notions fondamentales d’électrochimie par rapport à des sujets suivants :

- Electrochimie d’équilibre

- L’interface électrode/électrolyte

- Phénomènes de transports à l’interface

- Couplage du transfert de charge avec le transport de matière

- Techniques de balayage de potentiel

- Electrochimie bipolaire

Vers la fin du cours seront traités également quelques exemples d’applications

Intervenants

Alexander Kuhn, 10 créneaux d’1h20, Cours

Alexander Kuhn, 1 créneau d’1h20, TD

Pré-requis

Réactions redox

Cours d’électrochimie de la première année

Bases en chimie-physique (cinétique, processus de transport….)


Electrochimie analytique et réactions en solution. Tome 2, par B. Tremillon ; Masson éditeur, 1993

Electrochimie : thermodynamique – cinétique ; NATHAN éditeur, 1996





Année : 2 Semestre 7 Unité d’enseignement : Colloïdes et Electrochimie Crédits UE : 5 ECTS

Code : PC7ELECH Composante : Electrochimie Nb d’heures : 14h40 Coef. : 27,5

Nature : Cours intégré Nom de l’intervenant : Alexander KUHN Courriel : [email protected]


Evaluer les propriétés interfaciales d’un produit en choisissant et mettre en oeuvre une méthode d’analyse pertinente

Identifier l’origine des instabilités dans les milieux colloïdaux et mettre en œuvre des solutions pour y remédier

Choisir et mettre en œuvre quelques méthodes simples de préparation des colloïdes

Evaluation

S1 : TP (Rap)

S2 : rep(S1)

Contenu

- Mise en application du cours de colloïdes et compréhension des phénomènes de stabilisation à travers une approche

expérimentale,

- Initiation à de nombreuses techniques de caractérisation des colloïdes utilisées couramment dans l’industrie, notamment les

méthodes de tensiométrie, de granulométrie, de microscopie optique, ainsi que différentes méthodes de préparation des colloïdes

(moulin colloïdal, sonde à ultra-sons).

- Découverte de la formulation à travers l’exemple d’une émulsion.

TP1. Tensiométrie : mesures de tensions interfaciales de solutions de tensioactifs par différentes techniques (méthode de

Whilelmy, goutte pesée, analyse de la forme des gouttes). Détermination de la CMC.

TP2. Formulation d’émulsions : Vérification expérimentale des règles de formulation (Bankroft, HLB). Détermination du sens

des émulsions. Description des instabilités.

TP3. Phénomènes de floculation – Approche expérimentale des forces dans les milieux colloïdaux. Floculation par effet de sel

et par déplétion.

Pré-requis

Cours de colloïdes





Code : PC7TPCOL Composante : TP Colloïdes Nb d’heures : 12h Coef. :8.3

Nature : TP Nom de l’intervenant : Valérie RAVAINE –

Chrystel FAURE Courriel :[email protected],[email protected]



- Etre capable d’utiliser les concepts théoriques du cours d’électrochimie 2A et du cours d’électrochimie industrielle 2A

en situation expérimentale : voltampérométrie cyclique, électrodialyse, etc.

- Etre capable d’utiliser la technique électrochimique adéquate pour résoudre un problème donné : polarographie

d’effluents industriels, électrosynthèse, etc.

Evaluation

S1 : TP (Rap)

S2 : rep(S1)

Contenu

Les séances de TP aborderont les sujets suivants :

- Analyse de courbes Intensité – Potentiel

- Dépollution électrochimique et analyse polarographique d’effluents industriels

- Voltampérométrie cyclique à balayage linéaire de potentiel

- Anodisation et corrosion de métaux

- Electrosynthèse organique

- Electrodialyse

Intervenants

Dodzi Zigah, 12 créneaux de 4h, TP

Neso Sojic, 6 créneaux de 4h, TP

Laurence Vigneau, 6 créneaux de 4h, TP

Vacataire, 24 créneaux de 4h, TP

Pré-requis

Cours Electrochimie 1A, Cours Electrochimie 2A, Cours Electrochimie Industrielle,

Travaux Pratiques d’Analyse Electrochimique 1A


Méthodes électrochimiques d’analyse, J.-L. Burgot , Lavoisier, 2012 .

Electrochimie des concepts aux applications ; Miomandre, Sadki, Audebert, Méammet-Renault, Dunod, 2011






Code : PC7TPECH Composante : TP électrochimie Nb d’heures : 24h Coef. : 16.7

Nature : TP Nom des intervenants :

Dodzi Zigah, Neso Sojic, Laurence Vigneau Courriel : [email protected]

SEMESTRE

8



Année : 2 Semestre 8 Unité d’enseignement : Chimie du Solide,

Analytique et Toxicologie Crédits UE : 9 ECTS

Code : PC8CCHIM Composante : Capteurs chimiques

Chemical Sensors Nb d’heures : 12h Coef. : 8,1

Nature : Cours intégré Nom de l’intervenant : Neso SOJIC Courriel : [email protected]


- décrire les phénomènes physiques à la base des différents capteurs,

- appliquer les techniques et les notions présentés dans les autres enseignements dans le but de développer des capteurs

chimiques et d’en comprendre les limitations intrinsèques.

- discuter les aspects pluridisciplinaires et les aspects industriels, tant au niveau de la fabrication que des applications

Evaluation

S1 : ET (1h)

Contenu

1. Introduction.

2. Reconnaissance moléculaire et transduction.

3. Capteurs de composition gazeuse.

4. Les biocapteurs optiques.

3. Les biocapteurs électrochimiques. Aspects ingénierie du capteur à glucose.

6. Autres types de capteurs.

- Les biopuces à ADN.

- Ion Selective Field Effect Transistor (ISFET)

7. Les différents aspects du développement industriel (de la recherche initiale à la production).

Pré-requis

Cours de spectroscopie, d’électrochimie, sur les semi-conducteurs; notions de biologie et de cinétique


- Sensors. Gopel

- Les capteurs chimiques. Jaffrezic

- Biosensors. Eggins

- Principles of chemical and biological sensors. Diamond


1. Définir et mesurer la vitesse de réaction : évolution d'un milieu réactionnel ; réacteurs chimiques ; bilan de matière.

2. Identifier et interpréter l'influence de divers paramètres : température, pression, lumière, catalyse, …

3. Elaborer des mécanismes réactionnels.

Evaluation

S1 : ET (1h, da)

Répartition :

5 créneaux d’1h20 de cours, 5 créneaux d’1h20 de TD et 1 créneau d’1h20 de TD optionnel sur les pré-requis.

Remarque : cette répartition est indicative car le cours est illustré par des applications et des exercices initient des notions

fondamentales.

Contenu

Exemples en chimie atmosphérique, chimie de la combustion, synthèse, électrochimie, génie des procédés ….

1. Définir et mesurer la vitesse de réaction :

1.1 Description de l'évolution d'un milieu réactionnel

1.2 Définition de la vitesse de réaction d'après le bilan de matière dans les réacteurs idéaux (ouverts / fermés / parfaitement

agités / à écoulement piston ...).

1.3 Principales méthodes expérimentales de mesures cinétiques

1.4 Notions d'ordre de réaction, de constante de vitesse, méthode d'isolement d'Ostwald, etc.

2. Identifier et interpréter l'influence des paramètres expérimentaux :

2.1 Activation thermique (rappel : équation d'Arrhenius) ; introduction à la théorie de l’état de transition (Cf. cours de

Thermo. Stat. de 1ère année : module 1AS2ThSta) ; méthodes de relaxation

2.2 Effet de pression (« fall-off »)

2.3 Photochimie : mise en équation cinétique des phénomènes d’absorption, d’émission et de transferts non radiatifs ;

rendement quantique ; photodissociation.

2.4 Réaction sur les surfaces : notions cinétiques.

3. Elaborer des mécanismes réactionnels

3.1 Réactions élémentaires et réactions complexes = ensemble de réactions élémentaires

3.2 Loi de vitesse découlant d'un mécanisme

3.3 Approximation de l'état quasi-stationnaire

3.4 Réactions par stades (étapes) et réactions en chaînes

3.5 Catalyse homogène (ex: Michaelis et Menten)

Pré-requis

Notions de base sur les équations différentielles ordinaires et en thermodynamique statistique. Définir et intégrer une loi de

vitesse (programme CPGE).


P.W. Atkins, "Physical Chemistry" (Oxford University Press, 1990)

M. Laffitte et F. Rouquérol, "La réaction chimique", Tome 2. Aspects thermodynamiques (suite) et cinétiques (Masson, Paris,

1991)

G. Scacchi, M. Bouchy, J.F. Foucault et O. Zahraa, "Cinétique et Catalyse" (Tec&Doc, collection Info Chimie, Lavoisier,

Paris 1996)

L. Schuffenecker, G. Scacchi, B. Proust, J.F. Foucault, L. Martel et M. Bouchy, "Thermodynamique et Cinétique Chimiques"

(Tec&Doc, collection Info Chimie, Lavoisier, Paris 1991)

J. Villermaux, "Génie de la réaction chimique" (Tec&Doc, Lavoisier, Paris 1993)



Année : 2 Semestre 8 Unité d’enseignement : Chimie du Solide,

Analytique et Toxicologie Crédits UE : 9 ECTS

Code : PC8DYSCH Composante : Dynamique des systèmes chimiques Nb d’heures : 13h20 Coef. : 9,9

Nature : Cours intégré Nom des intervenants : Astrid Bergeat Courriel : [email protected]

Objectifs

Etre capable de :

- décrire les spectroscopies utilisées dans l’industrie ;

- expliquer leurs bases théoriques et expérimentales ;

- énoncer leurs spécificités, leurs potentialités et leur cadre d’utilisation ;

- choisir et développer la meilleure méthode d’analyse spectroscopique pour résoudre un problème donné.

Evaluation

S1 : ET (1h30)

Contenu

Introduction

Contexte industriel

Rayonnement, matière et interactions – Généralités

Fondements des spectroscopies optiques, des spectroscopies de résonance magnétique (RMN, RPE), des spectroscopies des

photoélectrons (UPS, XPS) et des spectroscopies apparentées (AUGER, Fluorescence X).

Principes, technologies et applications industrielles des spectroscopies optiques (en complément des travaux pratiques) :

absorption atomique, émission atomique, spectroscopie moléculaire d’absorption UV-visible, spectroscopie d’émission de

fluorescence et de phosphorescence, spectroscopie moléculaire d’absorption infra-rouge, diffusion Raman.

Conclusion

Pré-requis

- Cours de mécanique quantique,

- Connaissances en optique et interférométrie,

- Notions de théorie des groupes.


Spectroscopie, J. M. HOLLAS, Ed. DUNOD, PARIS (2003)

Analyse chimique, méthodes et techniques instrumentales modernes, F. ROUESSAC et A. ROUESSAC, Ed. MASSON, PARIS

(1992)



Année : 2 Semestre 8 Unité d’enseignement : Chimie du Solide, Analytique

et Toxicologie Crédits UE : 9 ECTS

Code : PC8SPECT Composante : Spectroscopie Nb d’heures : 33h20 Coef. : 22.6

Nature : Cours intégré Nom de l’intervenant : Lydie BOURGEOIS Courriel : [email protected]

Objectifs

Etre capable de :

- décrire les techniques spectroscopiques les plus utilisées dans l’industrie et leurs potentialités ;

- mettre en œuvre une analyse qualitative et quantitative, déceler et corriger les artéfacts, interpréter sommairement un spectre ;

- élaborer et conduire un projet en faisant appel aux techniques spectroscopiques les mieux adaptées.

Evaluation

S1 : CC x 0,3 + Rap x 0,7

S2 : Rep (S1)

Contenu

Six séances de 4h :

TP 1 Initiation aux spectroscopies atomiques d’absorption et d’émission

TP 2 Application : illustration des possibilités de ces techniques dans l’industrie (projet)

TP 3 Initiation aux spectroscopies moléculaires d’absorption UV-visible et de fluorescence

TP 4 Application

TP 5 Initiation aux spectroscopies moléculaires d’absorption IR et de diffusion Raman

TP 6 Application

Pré-requis

- Notions théoriques de spectroscopie,

- Connaissances de base en optique, interférométrie et instrumentation (sources, analyseurs, détecteurs).

Référence Conseillée

Analyse chimique, méthodes et techniques instrumentales modernes, F. ROUESSAC et A. ROUESSAC, Ed. MASSON, PARIS

(1992)



Année : 2 Semestre 8 Unité d’enseignement : Chimie du Solide, Analytique et

Toxicologie Crédits UE : 9 ECTS

Code : PC8TPSPE Composante : TP Spectroscopie Nb d’heures : 24h Coef. : 25

Nature : TP Nom des intervenants : Lydie BOURGEOIS, Mélanie

MAJIMEL, Eleni PAVLOPOULOU, Guillaume WANTZ Courriel : [email protected]

Documents

Département : Chimie Physiquemoodle.bordeaux-inp.fr/pluginfile.php/93/coursecat... · Chimie générale, Physique et Mathématiques du niveau Classes prépas Math-Sup, Math-Spé