Quelques questions pour une simulation chimique

[CyberChemist]

Bonjour;

Je suis actuellement en dernière année d'école d'Ingénieurs en informatique, je suis passionné par la simulation et j'ai par le passé réalisé plusieurs outils de simulation ainsi que des moteurs physique pour l'aspect ludique et par passion.
Aujourd'hui j'ai un tout autre projet. Réaliser un moteur physique permettant des creer des composants électroniques en se basant sur la définition atomique de la matière.

L'idée est très claire dans ma tête et j'ai quasiment toutes les connaissances physiques nécessaires pour la réaliser.
Mon problème est le suivant, j'ai beau essayer de transcrire des lois de la chimie dans mon programme il n'en reste qu'une modélisation partielle remplit de très nombreux trous et incohérence par rapport à la réalité des choses.
J'ai personnellement un niveau de math spé dans le domaine n'ayant plus eu de cours de chimie après la classe prépa.

J'aurais aimé savoir si vous aviez des pistes. Notamment, sur quelle base partir. J'essaye de l'implementer avec le classique neutron, proton, électron, et les forces de base, devrais-je changer pour descendre au niveau des quarks? Je cherche à éviter la physique quantique pour ne pas avoir un modèle trop complexe et donc trop gourmand en puissance de calcul, est elle un absolu nécessaire?
Je dois sans doute oublier des lois dans mon modèle, lequelles vous semble indispensable? Quelles conditions sont à prendre en compte? Mon modèle n'utilise que pression et température.

Par ailleurs, j'essaye de ne pas définir chaque atome à la main mais de déterminer les propriétés de chaque en fonction du nombre de particules qui le compose sauf que ça marche pas très bien pour les métaux de transition (colonnes 3 à 12 du tableau périodique). Voilà si vous avez des conseils sur le sujet que ce soit de manière très spécifique où des ressources qui pourraient me guider ou m'aider dans ma démarche je suis preneur.

Un Chimiste 2.0
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[moco]

Bonsoir,
La chimie se base sur la structure atomique classique, avec des électrons et un noyau formée protons et de neutrons. Les quarks sont sans utilité en chimie.
Ceci dit, on ne saisit pas très bien ce que tu cherches à faire. Un cours de chimie ? Il en existe déjà beaucoup. Avec un modèle n'utilisant que la pression et la température, on fait de la physique, mais pas de la chimie. Et tu veux simuler quoi ?
On aimerait bien comprendre ton but.

[CyberChemist]

Bonjour;

Alors pour clarifier un peu tout ça, ce que je cherche à faire c'est simuler le déplacement des électrons en fonction des atomes présents.

Pour l'instant j'ai simulé le comportement d'un transistor npn (silicium, bore, phosphore) avec trois fils fait d'atomes de cuivre sur lesquelles j'ajoute et j'enlève des électrons pour créer un courant électrique.
Mon but et de généraliser ce modèle à tout type d'atomes afin de pouvoir modéliser tout type de structures électroniques.

En gros je cherche à déterminer le déplacement des électrons dans un milieu déterminé auquel on applique des contraintes connues.
Sauf que là j'ai beau chercher dans plein de ressources (ce qui part ailleurs me permet d'apprendre beaucoup de trucs de chimie ce qui est cool) je n'arrive pas à trouver comment faire ma modélisation.

J'ai notamment du mal à déterminer le nombre d'atomes libres pour faire des liaisons en fonction du nombre d'électrons et de protons pour tous les atomes du tableau. Je les range dans les couches selon la règle de Klechkowski puis une regle de l'octet suffit? Je me documente sur le sujet en ce moment mais j'ai dû passer à côter de quelque chose... Peut être une définition de l'électron selon les nombres quantiques n,l,m,s est nécéssaire? De plus, je ne connais sans doute pas assez les différents types de liaisons possibles et je ne sais pas trop lesquelles sont intéressantes à étudier pour mon problème, mis à part la covalente et la ionique.

En bref je cherche tout ce qui peut m'aider à comprendre, de la manière la plus complète possible, le déplacement d'électrons quel qu'en soit le milieu ou au moins une généralisation au cas les plus communs. Par ailleurs, savez-vous où je peux trouver des ressources pour mieux comprendre le niveau énergétique des électrons ? J'ai des restes de MP mais juste pour de petits atomes et je ne suis pas sûr que cela soit généralisable... Je peine à trouver des ressources complètes sur le sujet.

[mach3]

Une approximation non quantique agée de 118 ans : https://en.wikipedia.org/wiki/Drude_model
Sinon, un modèle moderne, basé sur la mécanique quantique : https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_band_structure

Bon courage...

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[CyberChemist]

Merci,
Voilà des ressources très intéressantes et dont j'ignorais l'existence même, je vais pouvoir creuser le sujet un bon moment maintenant en espèrant que ça me permette de mettre en place mon modèle

[Sethy]

J'aimerais ajouter qu'outre les imprécisions plus ou moins grande d'un tel modèle, il y a deux écueils infranchissables :
- le premier est lié à la nature quantique de la matière, en toute logique il faudrait exprimer la solution comme une fonction à 4N variables (les 3 d'espaces plus le spin pour chaque électron). Je me souviens que les profs citaient le nombre de 70 millions qui était le nombre d'intégrale octuple à évaluer rien que pour une molécule aussi simple que le chlorure d'ammonium (NH4Cl).
- le second est également quantique mais a des conséquences en physique statistique et est lié à ce qu'on appelle l'indiscernabilité totale. Il s'agit du fait qu'on ne peut jamais dire cet électron la ou ce noyau la. Les particules sont "interchangeables" entre elles.

La première image de ce lien illustre le souci : https://fr.wikipedia.org/wiki/Particules_indiscernables