La chimie quantique traite du calcul de la structure électronique des atomes et molécules. Il s’agit de résoudre l’équation de Schrödinger indépendante du temps pour le mouvement des électrons dans les systèmes poly-électroniques et ainsi connaître les états quantiques relevant de ces mouvements et comprendre leur rôle dans la spectroscopie optique et dans la formation de la liaison chimique. Ce cours est une introduction à la thématique, il est une suite naturelle du cours plus général de mécanique quantique en semestre 5.
 

• Formulation générale du problème: équation de Schrödinger et fonction d’onde d’un système poly-électronique
• Définition formelle d’une orbitale et d’une spin-oritale
• Déterminants de Slater
• Configurations électroniques
• Approximations de Born-Oppenheimer, des électrons indépendants, de Hartree-Fock, de Hückel
• Calcul variationnel
• Applications en spectroscopie atomique et liaison chimique d’une molécule diatomique

• Connaître et expliquer l'équation de Schrödinger non-relativiste et indépendante du temps pour une molécule isolée et les idées clés sur lesquelles repose le calcul ab initio de la structure électronique: le concept orbitalaire, ce qu'est une spin-orbitale et une configuration électronique.
• Déterminer tous les termes associés à une configuration électronique d’un atome selon le schéma de couplage LS. Appliquer ce schéma aux métaux (orbitales atomiques d et orbitales moléculaires delta).
• Calculer une énergie d'excitation dans l'approximation des électrons indépendants.
• En utilisant l’équation de Schrödinger, construire des orbitales moléculaires liantes et antiliantes à partir des orbitales atomiques.
• Comprendre et appliquer la méthode de Hückel pour l’étude de la réactivité et le calcul de propriétés.
• Connaître la méthode Hartree-Fock (les énergies de Coulomb et d’échange, théorie des perturbations), et l'appliquer à des systèmes simples à deux électrons comme l’atome d’hélium (dans l’état fondamental et le premier état excité) ou la molécule d’hydrogène