| Libellé du cours : | Chimie et structure de l'état solide |
|---|---|
| Département d'enseignement : | CMA / Chimie et Matière |
| Responsable d'enseignement : | Madame CAROLINE PIROVANO |
| Langue d'enseignement : | |
| Ects potentiels : | 0.0 |
| Grille des résultats : | Grade de A à F |
| Code et libellé (hp) : | ENSCL_CI_M6_2_1_1 - Chimie du solide |
Equipe pédagogique
Enseignants : Madame CAROLINE PIROVANO / Madame MARIE COLMONT / Madame MURIELLE RIVENET
Intervenants extérieurs (entreprise, recherche, enseignement secondaire) : divers enseignants vacataires
Résumé
Les cours de chimie et structure de l'état solide abordent les notions fondamentales qui permettent de comprendre le solide. Il est constitué de deux parties relatives à la cristallographie, d’une part et à la chimie du solide, d’autre part. Les différents types de réseaux et les symétries dans les cristaux sont détaillés en première partie du cours de cristallographie. L'analyse par diffraction X sur poudre est ensuite développée avec un accent mis (i) sur l’identification des phases présentes dans un échantillon, (ii) l’affinement des paramètres de maille et (iii) la mise en évidence des éléments de symétrie dans une structure cristalline. La compréhension et l’utilisation des Tables Internationales de Cristallographie constitue la troisième partie de ce cours. Le cours de Chimie du Solide se compose de 3 parties. Les structures type les plus communément rencontrées dans les solides font l’objet du premier chapitre : sont ainsi abordées les structures des métaux, des alliages et des composés à dominante ionique, les arrangements covalents étendus et les structures moléculaires. Une attention particulière est portée sur les notions de densité de plans, de compacité et de lacunes (géométrie, occupation). La prévision des arrangements structuraux à dominante ionique est ensuite examinée au moyen des outils à disposition du chimiste du solide, des méthodes les plus simples (rapport de rayons ioniques, calcul de compacité) aux plus élaborées (calcul de l’énergie réticulaire prenant en compte l’influence du champ cristallin et de l’effet Jahn-Teller). La théorie des bandes et la structure électronique des solides font l’objet de la dernière partie du cours. La conductivité électronique de différents matériaux (métalliques, ioniques) y est analysée sur la base des structures électroniques, en relation avec la structure cristalline des édifices. Cette partie est illustrée par des exemples d’applications mettant en jeu des solides.
Objectifs pédagogiques
A l'issue de ce cours, l'élève ingénieur est capable de comprendre la description d'une structure cristalline (bibliographie) et peut discuter avec les spécialistes du domaine. Il possède les bases nécessaires pour aborder la caractérisation des matériaux par diffraction des rayons X, technique largement utilisée pour l'analyse de la matière minérale et des métaux, dans les cimenteries par exemple ou pour le recyclage de matériaux, en métallurgie ou dans différents domaines de recherche... Il sait : - reconnaitre des phases cristallisées et de les mettre en évidence. - remonter à des paramètres de maille à partir de diagramme de diffraction des rayons X. - lire et comprendre les Tables Internationales de Cristallographie. - faire le lien entre un diagramme de diffraction et un groupe d’espace. - établir la relation entre la formule d’un matériau, son type structural, sa configuration électronique et ses propriétés physiques (conductivité). Il dispose des notions fondamentales sur les solides cristallisés qui lui permettront d’aborder l’enseignement sur l’analyse des solides, les matériaux métalliques, céramiques et composites dispensés à partir du S6.
Objectifs de développement durable
Modalités de contrôle de connaissance
Contrôle Continu
Commentaires: L’évaluation est réalisée sous forme d’une épreuve intermédiaire (1/3 de la note finale) et d’un examen final portant sur l’ensemble des compétences acquises (2/3 de la note finale).
La note finale peut être modulée par les notes obtenues lors de quiz.
L’examen de rattrapage pourra être dispensé sous la forme d’un oral le cas échéant.
Ressources en ligne
Cristallochimie : Cristallographie géométrique, Nadine Millot, Jean-Claude Nièpce, Lavoisier Cristallographie géométrique et radiocristallographie, Jean-Jacques Rousseau, Alain Gibaud, Dunod Cristallographie, Michel Evain, Youtube. Chimie du Solide : Chimie des solides, Jean-Francis Marucco, Ed. EDP Sciences Introduction à la chimie du solide, Lesley Smart, Elaine Moore, Ed. Masson Solid State Chemistry and its applications, Anthony R. West, Ed. Wiley Chimie du Solide, Michel Evain, Youtube.
Pédagogie
- Polycopiés à compléter en cours magistral. - Exercices d’application à faire en autonomie et en travaux dirigés. - Mise en ligne des corrigés des exercices d’entrainement. - Mise en ligne de QCM pour autoformation. - Utilisation de différents logiciels (VESTA®, Carine®) pour tracer les structures cristallines et calculer des diagrammes de diffraction des rayons X.
Séquencement / modalités d'apprentissage
| Nombre d'heures en CM (Cours Magistraux) : | 17 |
|---|---|
| Nombre d'heures en TD (Travaux Dirigés) : | 21 |
| Nombre d'heures en TP (Travaux Pratiques) : | 0 |
| Nombre d'heures en Séminaire : | 0 |
| Nombre d'heures en Demi-séminaire : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en TEA (Travail En Autonomie) : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en TNE (Travail Non Encadré) : | 0 |
| Nombre d'heures en CB (Contrôle Bloqué) : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en PER (Travail PERsonnel) : | 0 |
| Nombre d'heures en Heures Projets : | 0 |
Pré-requis
Avant d’aborder ce cours, les apprenants doivent maitriser les notions élémentaires qu’ils ont pu voir en classes préparatoires, en BUT ou en licence : (1) Maille élémentaire, systèmes cristallins et réseau de Bravais. (2) Éléments simples de symétrie (rotation par rapport à un centre, un axe, un miroir…). (3) Modèle quantique et configuration électronique de l’atome (4) Propriétés des éléments chimiques (5) Évolution des propriétés des éléments (atomes, ions) dans la classification périodique (6) Modèle de Lewis de la liaison chimique (7) Notions de liaison dans le modèle ondulatoire (molécules diatomiques et polyatomiques) (8) Géométrie des molécules (VSEPR)