Chimie quantique : ou en est-on ?

[invite8d3bba74]

salut !

je suis en deug sm, 2eme année, on fait un peu de chimie quantique / atomistique.
A mon avis on fait une approche tres simplifiée c'est a dire qu'on ne demotive pas les etudiants avec 10 pages de maths et on admet beaucoup de choses... Je n'ai rien contre bien au contraire mais je regrete qu'on ne puisse pas trouver des ouvrages de vulgarisation qui expliqueraient ces fondements sans avoir à faire des maths à un niveau trop elevé ( si vous avez une reference de boukin dans ce style, je suis prenneur ! )

Je me demandais comment par exemple on a pu batir une theorie qui tient debout à partir de choses qui ont l'air si floues ou empiriques : comment on a determiné la valeur numerique du rayon de bohr par exemple ? moi ça me plonge dans un coma d'admiration...
Qu'est ce qui tient du postulat, qu'est ce qui tient de la decouverte, qu'est ce qui tient de l'approximation mathematique ? on peut faire des calculs de maths super poussés et avec des calculs simplissimes de slater, on trouve que ma foi, c'est presque pareil, ça semble si empirique et pourtant si vrai !

Autre chose : où en est-on actuellement ? on arrive a decrire tous les mouvements d'electrons, la stabilité de n'importe quelle molecule ?

kenavo
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[Patzewiz]

Bonsoir,

On sait effectivement calculer beaucoup de choses en chimie quantique. Quand je parle de "choses" je devrais dire "grandeurs mesurables". Dans ce domaine, le rayon de Bohr de l'hydrogène n'est pas vraiment le cas le plus favorable car la densité électronique autour d'un noyau d'hydrogène n'est pas vraiment quelque chose de facile à mesurer. Ce qui marche beaucoup mieux, c'est tout ce qui se rapporte à l'aspect énergétique, car on dispose de spectroscopies très précises dans un très grand domaine de longueur d'onde (des rayons X jusqu'à l'IR lointain). La stabilité d'une molécule par rapport à ses constituants est également avant tout un problème d'énergie. Pour revenir au domaine géométrique, on sait calculer et mesurer les longueurs de la plupart des liaisons ainsi que leurs angles. Dans ce domaine, la diffraction des rayons X est sûrement l'une des techniques les plus puissantes aussi bien pour les composés organiques que pour les composés inorganiques.
D'un point de vue théorique, il ne faut pas rêver, même si des modéles assez simples donnent des résultats convenables dans un certain nombre de cas, des prédictions ou des interprétations fines nécessitent toujours des calculs lourds utilisant en particulier les méthodes variationnelles.
Le modèle de Slater a certes l'avantage de la simplicité mais il n'est pas vraiment réaliste: les niveaux 2s et 2p de la plupart des atomes sont par exemple différents. Ignorer tout écrantage par des électrons des groupes supérieurs est une approximation de degré 0 qui apparait comme une réminiscence du modèle planétaire de l'atome. Si on fait des calculs de potentiels d'ionisation en utilisant ce modèle, on trouve couramment des écarts de plus de 20% avec les valeurs expérimentales. Si on s'intéresse à la structure électronique d'une molécule, le calcul des niveaux d'énergie des orbitales moléculaires nécessitent une base d'orbitales atomiques de bonne qualité qui ne peut être construite avec un modèle de type Slater.