Séance de cours

Délocalisation des électrons intermoléculaires

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Dans cours

MSE-486: Organic electronic materials

This course will introduce students to the field of organic electronic materials. The goal of this course is to discuss the origin of electronic properties in organic materials, charge transport mechanisms, chemical synthesis, materials processing, and dev ...

Description

Cette séance de cours explore le concept de délocalisation des électrons intermoléculaires dans les matériaux à l'état solide, en mettant l'accent sur l'interaction des orbitales moléculaires et le couplage électronique qui en résulte. La discussion porte sur la scission de π MO, l'absence d'interaction entre HOMO et LUMO en raison de la parité opposée et la diminution des écarts entre HOMO et LUMO. L'instructeur explique comment les interactions entre les MO intermoléculaires sont la conséquence d'interactions, et non la raison d'elles, ce qui se traduit par des bandes intermoléculaires étroites avec des mobilités porteuses à faible charge. Diverses structures cristallines de molécules conjuguées sont analysées pour illustrer l'impact des arrangements de gerbage sur la délocalisation des électrons et les niveaux d'énergie.

Enseignant·e

Holger Frauenrath

Holger Frauenrath (born in Aachen, Germany) studied chemistry at RWTH Aachen , Germany from 1992 to 1997, with a focus on synthetic organic chemistry. He performed his PhD thesis from 1998 to 2001 in the research group of Prof Hartwig Höcker at RWTH Aachen, working on a project related to the stereospecific polymerization of methacrylates as well as their copolymerization with olefins using zirconocene catalysts. Holger Frauenrath then joined the group of Prof. Sam Stupp at Northwestern University , Evanston, IL, USA, as a postdoctoral fellow supported by a Feodor Lynen fellowship of the Alexander von Humboldt Foundation . His postdoctoral research projects were centered around the supramolecular self-assembly of rod-coil molecules. Holger Frauenrath returned to Germany in 2003 and started to build his own research group at FU Berlin, funded with an Emmy Noether Grant from the German Science Foundation . In 2005, the research group moved to the Department of Materials at ETH Zurich , Switzerland, where it became a scientifcally independent part of the Polymer Chemistry Group led by Prof. A. Dieter Schlüter . Holger Frauenrath obtained his Habilitation from ETH Zurich in 2009. In 2009, Holger Frauenrath has been appointed as a professor at the Institute of Materials (IMX) of the Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) , Switzerland, building the new Laboratory of Macromolecular and Organic Materials (LMOM) . In the same year, Holger Frauenrath was received the prestigious European Research Council (ERC) Starting Investigator grant.

Source officielle

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Orbitale moléculaire

vignette|Orbitales moléculaires du 1,3-butadiène, montrant les deux orbitales occupées à l'état fondamental : π est liante entre tous les atomes, tandis que π n'est liante qu'entre les atomes C et C ainsi qu'entre les atomes C et C, et est antiliante entre C et C. En chimie quantique, une orbitale moléculaire est une fonction mathématique décrivant le comportement ondulatoire d'un électron dans une molécule.

Théorie de l'orbitale moléculaire

La théorie de l'orbitale moléculaire (TOM) est un des socles de la chimie théorique du . Jusqu'alors les chimistes théoriciens étaient prisonniers des succès du modèle de la liaison covalente de Lewis. Les méthodes spectroscopiques du montrent les limites de l'idée de liaisons localisées en résolvant des structures chimiques jusque-là inédites. Par exemple la mésomérie ou résonance était vue, à tort, comme le passage rapide d'une conformation à une autre (résonance de Kekulé), ce qui n'était pas vérifié ni dans le spectre infrarouge ni dans la réactivité de molécules comme le benzène.

Orbitale antiliante

Une orbitale antiliante désigne un type de liaison chimique qui s'oppose à la stabilité de la molécule. Cela survient lorsque les phases d'électron et des orbitales atomiques à l'origine d'une orbitale moléculaire sont de signe opposé, c'est-à-dire que ces orbitales atomiques sont en opposition de phase : si des électrons occupent de telles orbitales antiliantes, ils se repoussent et tendent à dissocier la molécule. L'effet d'une orbitale antiliante est plus sensible que celui d'une orbitale liante, la différence s'expliquant par la répulsion entre les noyaux atomiques.

Combinaison linéaire d'orbitales atomiques

En chimie quantique, une combinaison linéaire d'orbitales atomiques (CLOA) représente la superposition d'orbitales atomiques et permet de calculer les orbitales moléculaires. En effet, dans une molécule le nuage d'électrons est modifié et dépend des atomes participant aux liaisons chimiques : la CLOA permet d'approximer cette nouvelle fonction d'onde en se basant sur celles de chaque élément pris individuellement.

Bonding molecular orbital

In theoretical chemistry, the bonding orbital is used in molecular orbital (MO) theory to describe the attractive interactions between the atomic orbitals of two or more atoms in a molecule. In MO theory, electrons are portrayed to move in waves. When more than one of these waves come close together, the in-phase combination of these waves produces an interaction that leads to a species that is greatly stabilized. The result of the waves’ constructive interference causes the density of the electrons to be found within the binding region, creating a stable bond between the two species.

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