CHI431 - Orbitales, molécules et matériaux (2023-2024)

De nombreux enjeux sociétaux, tels que la transition énergétique, la santé, l’environnement et les nouvelles technologies, posent des questions scientifiques relevant directement de la chimie. A ce titre, la chimie est une discipline qui se doit, à minima, d’être présente dans la culture générale d’un futur cadre polytechnicien.

Le cours est construit pour s’adresser à tous les élèves intéressés, sans prérequis de plus par rapport aux enseignements communs de CPGE (MP/PC). Les élèves qui envisagent de faire de la chimie en 3^ème année, et par la suite, trouveront dans ce cours de nouvelles notions, fondamentales pour la poursuite de leur apprentissage en chimie moléculaire et en chimie des matériaux. Les autres élèves s’enrichiront d’une culture scientifique générale et rigoureuse qui pourra leur être d’une grande utilité pour d’autres disciplines comme la biologie ou la physique moléculaire.     

En s’appuyant sur des notions de base de la mécanique quantique, vues en tronc commun, la théorie des orbitales moléculaires sera présentée. Elle servira ensuite de colonne vertébrale à ce cours pour construire les outils utiles à la compréhension de la structure électronique des molécules et des solides unidimensionnels, ainsi que de leur réactivité et de certaines propriétés. Cet enseignement sera illustré en mettant l’accent sur la place et l’importance des petites molécules, telles que N₂, CO₂ ou CH₄, dans la transition énergétique.

Various social issues, such as energy transition, health, environment and new technologies, raise scientific questions directly related to chemistry. For that reason, chemistry is a field, that should, at the very least, be part of the general culture of a future polytechnician executive.

This course is made to address all students interested, without additional prerequisites compared to common courses of CPGE (MP/PC). Students who consider doing chemistry for their 3rd year will find in this course new notions, which are fundamental for the further learning of molecular and materials chemistry. Other students will broaden their scientific general culture which will be useful in other fields such as biology or molecular physics.

By relying on the basic notions of quantum mechanics, seen in the common course, the molecular orbital theory will be presented. It will then be used as the backbone of this course to build the tools needed for the understanding of the electronic structure of molecules and one dimensional solids. It will be illustrated by focusing on the place and importance of small molecules, such as N₂, CO₂ or CH₄, in energy transition.