This page is devoted to sharing about visualization with my L1 and L3 students. All my courses are available to registered students on the ARCHE Platform by the University of Lorraine.
Chimie 3D, L1 PC 2021-22, FST Université de Lorraine - Nancy
Modèles, chimie
La construction d'un modèle demande une étape preliminaire qui vise la comprehension des questions auquelles on souhaite repondre. Différents modèles peuvent apporter des interpretations différentes et complementaires : nous avons travaillé sur cette idée en analysant des modèles de brins d'ADN. Une partie de ce TP a été inspiré par le site de PDB101.
Jeu de différences
À gauche, nous visualisons la sphère d'hydratation d'un anion Cl-.
À droite, la sphère d'hydratation d'un cation Na+.
Quelles différences remarquez-vous ?
​
Images : snapshots extraits de simulations de Na+Cl- dans l'eau liquide. Visualisation par VMD.
Les orbitales de type p comme vous ne les avez jamais vues
Par l'interface interactive du site falstad.com, nous pouvons visualiser une représentation 3D d'orbitales atomiques de l'atome H. La chimie s'intéressant principalement aux orbitales de valence des atomes, et à la partie la plus externe de la densité électronique, on réfléchit rarement à l'augmentation régulière des surfaces nodales en augmentant la valeur du nombre quantique principal. Cet outil nous a permi cette exploration, et surtout d'insister sur la signification physique d'une surface nodale et d'un plan nodal.
Orbitales... faites maison
En L1 PC, nous n'avons pas les bases pour aborder les détails d'un calcul quantique. Or, nous avons étudié le passage de la physique classique à la physique quantique et la nécessité de décrire la structure électronique des atomes et des molécules par des solutions (approchées) de l'équation de Schrödinger.
En faisant confiance aux développeurs de méthodes quantiques et informatiques pour les détails, nous avons appris à lancer des petits calculs sur des atomes et des molécules par Gaussian16 en utilisant l'interface graphique Gaussview6 (licence de site UL).
L'ordre induit par la liaison hydrogène
En menant une optimisation de géométrie d'un petit agrégat de molécules d'eau, on voit apparaître des structures régulières (carrés, pentagons, losanges, etc.). Les molécules tendent à former un maximum de liaisons hydrogène. La structure des molécules d'eau (capables d'accepter deux liaisons hydrogène et d'en donner deux) se prête bien à la formation d'un réseau. Quand on augmente la taille du système (à basse T) cette régularité est poussée à son optimum : la structure de la glace hexagonale. Optimisation et visualisation : Avogadro.