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AgrégationChimie

Cours

Voici quelques polycopiés correspondant au cours que je fournis à l'ENS de Lyon. Ils peuvent vous donner une idée du niveau de connaissance enseigné et potentiellement exigible en fin d'année pour le concours. Ces polycopiés n'ont pas vocation à remplacer la préparation à l'agrégation de chimie dans un centre spécialisé comme les ENS. Cependant, ils peuvent être intéressants pour les étudiants préparant d'autres concours d'enseignement comme le CAPES ainsi que les enseignants titulaires. Ils peuvent également servir pour les étudiants préparant un cursus scientifique en physique ou en chimie, aussi bien à l'université qu'en classe préparatoire. De même, il pourra éclairer toutes les personnes souhaitant avoir une approche détaillée des sujets concernés.

Si vous avez une remarque ou un commentaire à faire sur une des ressources disponibles, n'hésitez pas à me contacter par mail.

Incertitudes

  • Polycopié de cours sur les incertitudes.
    Contenu du cours :

    Procédure d'évaluation des incertitudes, vocabulaire de métrologie, chiffres significatifs, incertitude-type, écart-type, erreur systématique, erreur aléatoire, incertitude de type B, incertitude de type A, répétabilité, théorème central limite, distribution gaussienne, propagation des incertitudes, formule de Welch-Satterthwaite, distribution de Student, verrerie de précision, balances, covariance, corrélation linéaire, test du χ2, niveau de confiance.

    Ce polycopié en est à sa première version. Je vais essayer de rajouter des exemples et rendre le tout un peu plus pratique. De même, les recommandations sur l'utilisation des appareils devraient être complétées. Il se peut que je fasse un énoncé de TP prochainement sur l'estimation des incertitudes pour un dosage. Bien qu'initialement destiné aux étudiants préparant l'agrégation, le cours a été crée pour répondre aux exigences des nouveaux programmes sur les incertitudes au lycée et en classe préparatoire. Il est donc plus complet que ce qui est exigé dans les programmes officiels mais j'espère qu'il pourra aider aussi bien étudiants qu'enseignants à mieux appréhender les incertitudes.

  • Script Pyhton pour faire de la méthode Monte-Carlo d'estimation des incertitudes et en extraire la distribution ainsi que le lien entre intervalle de confiance et largeur de l'intervalle de la grandeur. Le script est fait pour être facilement modifiable et adaptable à toutes les situations.
Liens supplémentaires

Liens

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LaTeX : Principes, survie en milieu scientifique ou pédagogique

Polycopié


Plan du cours et liens
Les chapitres sont les suivants :
  1. Concepts de base et philosophie : Comparaison avec Word, OpenOffice et principe général de production d'un document.
  2. Principes généraux de typographie : Quelques règles générales sur les choses à faire et à ne pas faire en général (indépendant de LaTeX), les formats de fichier d'image et leur utilisation, quelques règles de typographie scientifique.
  3. Commandes de bases : différences entre environnement et commande, commentaires.
  4. Structure d'un fichier : comment faire une page, un chapitre, une table des matières, des annexes (appendices), un index.
  5. Commandes usuelles pour le texte : Tout ce qui concerne la mise en forme d'un texte (notes, références croisées, liens hypertexte).
  6. Les figures : Tout ce qui concerne les figures (images) avec leur environnement (légendes, placement, etc).
  7. Les tableaux : Tout ce qui concerne les tableaux : colonnes ajustables, lignes, colonnes ajustées sur la virgule, etc.
  8. Le mode mathématique : les symboles, les matrices, équations alignées, les matrices, exposants, indices, écrire au-dessus, en dessous, les cas.
  9. La bibliographie : quelques logiciels pour la création des entrées, plus de détails avec Zotero, utilisation et personnalisation.
  10. Les examens : la classe exam et son utilisation.
  11. Sujets avancés :
    • Les macros et commandes personnalisées
    • Tous les symboles disponibles
    • Affiner la mise en page (package geometry)
    • Les compteurs
    • Faire du dessin (TikZ/Pgf et PsTricks)
    • Les posters
    • Faire une présentation (package beamer, j'ai fait un template pour l'ENS de Lyon)
    • Dessin de molécules (avec chemfig)
    • Affichage de code source (avec lstlistings)
  12. Les erreurs et les avertissements : les messages les plus courants et les problèmes associés.
  13. Ressources : un ensemble de liens pour une lecture plus approfondie.
  14. Annexes : description de différents éditeurs (Kile, TeXmaker), gestionnaires de bibliographie(Zotero, Mendeley), aide-mémoire pour certains caractères, différences de typographies pour la ponctuation en anglais et en français

Liens

  • L'essentiel du cours est basé sur la traduction du Wikibook.
  • Pour les gens en sciences humaines et sociales, le site Maïeul Rouqette est une référence de choix pour toutes les spécificités (citation, bible, prose, etc). La base est compilé sous forme d'un livre très intéressant.
  • Exercices (1,4 Mo) Tous les exercices - ANCIENS ÉNONCÉS

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Complexes, chimie organométallique, chimie inorganique

  • Polycopié de cours sur les complexes
    Contenu du cours :

    effet chélate, effet macrocycle, théorie du champ cristallin, série spectrochimique, théorie du champ des ligands, spectroscopie électronique, diagrammes de Tanabe-Tsugano, formalisme de Green, cycle catalytique, addition oxydante, hémoglobine, pseudo rotation de Berry, liaisons multiples, carbènes, métathèse, couplage spin-orbite, LASER, éléments f, effet d'antenne, magnétisme, formule de Van Vleck.

    Ce polycopié est en place depuis plusieurs années, il devrait peu évoluer. Bien que destiné à des élèves préparant l'agrégation, il peut intéresser les professeurs ou étudiants en classe préparatoire avec l'introduction des méthodes de fragment dans les nouveaux programmes. Les devoirs surveillés contiennent également des exercices avec interactions entre des fragments.


Devoirs écrits, exercices, bibliographie

Devoirs et exercices

Complément bibliographiques

Des références sont données à la fin du polycopié, je recite ici quelques unes qui me semblent importantes ou intéressantes.
  • Orbital interactions in chemistry, Thomas A. Albright, Jeremy K. Burdett, Myung-Hwan Whangbo 9780471080398 Pour moi, la bible incontestée de la chimie orbitalaire dans son ensemble. Les nombreux chapitres sur la chimie organométalliques sont des incontournables.
  • The organometallic chemistry of the transition metals, Robert H. Crabtree 978-1118138076 Un livre plus axé sur les concepts qui donne accès à tout le vocabulaire de la chimie organométallique sans être trop théoriques.
  • Organotransition Metal Chemistry From Bonding to Catalysis, John F. Hartwig 978-1891389535 Très complet sur l'aspect cycle catalytiques avec un chapitre par type d'étape impliquée.
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Chimie orbitalaire

  • Polycopié de cours sur la chimie orbitalaire (agrégation de chimie)
    Contenu du cours :

    Théorie de Hückel, réactions péricycliques, équation de Klopman-Salem, réaction de Diels-Alder, méthode des fragments, théorie des perturbations, réactivité, règles de Woodward-Hoffmann.

  • Polycopié de cours sur la chimie orbitalaire (agrégation de physique)
    Contenu du cours :

    Molécules diatomiques, théorie des fragments, chimie des complexes.

  • Cours de chimie orbitalaire (L3) : cette version combine et complète les deux polycopiés précédents.
  • HuLis Un logiciel de calcul de type Hückel et valence bond. Ultra-intuitif et super simple d'utilisation avec de beaux graphismes et tout ce qu'il faut pour faire des calculs de type Hückel en 2 temps 3 mouvements.
  • Bibliographie
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Atomes molécules et liaisons (L3)

  • Fiche mémo sur les opérateurs de moment cinétique : page recto-verso qui peut servir d'aide mémoire sur quelques propriétés essentielles des opérateurs de moment cinétique en mécanique quantique.
  • Scripts pythons pour illustrer les TD en python : calcul d'intégrales, remplissage électronique, optimisation variationnelle de l'éenrgie de H2, spectre rovibrationnel de HCl.

Protocoles expérimentaux

Chimie du solide

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Thermodynamique

  • Polycopié de cours de thermodynamique pour la préparation à l'agrégation de physique-chimie option physique. Le cours en est à sa première version et sera amené à être complété, essentiellement par des exercices.
    Contenu du cours :

    Premier principe, second principe, potentiel chimique, équilibres, affinité chimique, déplacements d'équilibres, propriétés colligatives, grandeurs de mélange, diagrammes binaires

  • Bibliographie
  • Diagramme binaire idéaux dynamiques en python. Type or/argent (solide/liquide) ou benzène toluène (liquide/vapeur)
  • Tableau d'avancement dynamique en python pour montrer l'évolution du système jusqu'à atteindre la constante d'équilibre. Les animations visent à montrer que la réaction n'est pas totale et que l'on n'atteint pas la valeur d'avancement maximale.
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Électrochimie

  • Polycopié de cours d'électrochimie pour la préparation à l'agrégation de physique-chimie option physique. Le polycopié est à peine embryonnaire et est amené à être complété par des exercices.
    Contenu du cours :
    • Couple rédox
    • Thermodynamique électrochimique
    • Diagramme potentiel-pH
    • Conductimétrie
    • Courbes courant-tension
    • Relation de Butler Volmer
    • Droites de Tafel
    • Théorie de Debye-Hückel
    • Piles et accumulateurs
    • Électrolyses
    • Titrages
    • Corrosion
  • Résultats de quelques simulation numérique Voltamétrie cyclique pour un couple réversible ou non, chronoampérométrie, effectué avec numpy, scipy et matplotlib
  • Code source pour réaliser les vidéos ci-dessus. Pour plus d'informations sur les simulations en électrochimie, je vous recommande chaudement la lecture de « Digital Simulation in Electrochemistry » de Britz et Strutwolf. Il y a : voltamétrie cyclique pour un couple réversible ou non réversible, chronoampérométrie, courbes intensité potentiel (ou courant tension) pour des systèmes contrôlés par le transfert électronique (équation de Butler-Volmer), par la diffusion, ou les deux.
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Cinétique

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Chromatographie

  • Polycopié de cours sur la chromatographie
    • Chapitre 1 : temps de rétention, temps de rétention corrigé, facteur de rétention, facteur de séparation, résolution, équation de Purnell
    • Chapitre 2 : modèles théoriques et nombre de plateaux, modèle de craig, hauteur de plateau, équation de Van Deemter, de Golay, de Knox
    • Chapitre 3 : optimisation d'une séparation, choix des phases mobiles et des phases stationnaires, du gaz vecteur, dimensionnement de la colonne, gradient de pression, de température, phase normale, phase inverse, polarité, force éluotropique, triangle de Snyder
    • Chapitre 4 : CCM, injection split, splitless, catharomètre, détecteur à ionisation de flamme
    • Chapitre 5 : méthode de l'étalon interne, des ajouts dosés, indice de Kovats, Indices de Rohrschneider-McReynolds
  • Script python pour le modèle de Craig et autres grandeurs.

Théorie de l'état de transition / Théorie du complexe activé

  • Polycopié de cours sur la théorie de l'état de transition
    Contenu du cours :

    D’Arrhénius à la faillite de la théorie des collisions, Bases de la physique statistique, Fonctions de partition, Théorie de l’état de transition, Effet isotopique, Influence de la force ionique, Influence du solvant, Réactivité comparée, Grandeurs d'activation, Volume d'activation.

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Théorie de Marcus

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Outils numériques et programmation

Pour les TD d'outils numériques et programmation, j'ai fait une page plus détaillée TD d'outils numériques et programmation

  • pyFit quelques scripts pour faire des tracés de donnée que j'ai créés : fit avec incertitude sur x et y. Tracé d'une fonction y=f(x), tracé des données tirées d'un fichier csv, peut être plus...

Examens divers

Tous ces devoirs ont été rédigés dans le cadre de l'agrégation. Leur rédaction a souvent exigé beaucoup de travail, je vous demande donc de respecter la licence CC-BY-SA sur les morceaux de sujets créés par mes soins ainsi que sur l'intégralité des corrections. J'ai essayé de citer les références des œuvres dans lesquelles j'ai puisé mon inspiration.

  • Agrégation blanche pour l'agrégation de chimie, promotion 2016-2017 :
    • Épreuve sur le soufre, Thermodynamique de l'oxydation du dioxyde de soufre, spectroscopie de l'ion S42+, structure cristallographique et électronique de la molybdénite, électrochimie d'un complexe modèle de la molybdénite, cinétique de l'oxydation d'un thiol, détermination du pKa du benzofuroxane.
      Références
      Thermodynamique
      — Matthew J. KING et al. Sulfuric acid manufacture : analysis, control, and optimization. Second edition. Amsterdam ; Boston : Elsevier, 2013. ISBN : 978-0-08- 098220-5

      S42+
      — Leif J. S AETHRE et Odd GROPEN . “Structure and bonding in square-planar chalcogen rings”. en. In : Canadian Journal of Chemistry 70.2 (fév. 1992), p. 348– 352. DOI : 10.1139/v92-049.

      Spectroscopie IR/Raman
      — Robert C. BURNS et Ronald J. GILLESPIE . “Vibrational spectra and analyses of the S42+, Se42+, Te42+, and trans-Te2Se22+ polyatomic cations”. In : Inorganic Chemistry 21.11 (nov. 1982), p. 3877–3886. DOI : 10.1021/ic00141a004.
      — Robin J. H. CLARK , Trevor J. DINES et Lindsay T. H. FERRIS . “Resonance Raman spectroscopic studies on the Group 6B polyatomic cations S42+, Se42+, and Te42+”. en. In : 11 (jan. 1982), p. 2237–2242. DOI : 10.1039/DT9820002237.
      Molybdénite

      — Roscoe G. DICKINSON et Linus PAULING . “THE CRYSTAL STRUCTURE OF MOLYBDENITE”. In : Journal of the American Chemical Society 45.6 (juin 1923), p. 1466–1471. DOI : 10 . 1021 / ja01659a020.
      — Tawinan CHEIWCHANCHAMNANGIJ et Walter R. L. LAMBRECHT . “Quasi- particle band structure calculation of monolayer, bilayer, and bulk MoS${}_{2}$”. In : Physical Review B 85.20 (mai 2012), p. 205302. DOI : 10.1103/PhysRevB. 85.205302.
      — Kin Fai MAK et al. “Atomically Thin MoS 2 : A New Direct-Gap Semiconductor”. en. In : Physical Review Letters 105.13 (sept. 2010). DOI : 10.1103/PhysRevLett.105.136805.
      — Paul D. FLEISCHAUER et al. “Electronic structure and lubrication properties of molybdenum disulfide : a qualitative molecular orbital approach”. In : Langmuir 5.4 (juil. 1989), p. 1009–1015. DOI : 10 . 1021/la00088a022.

      Électrochimie
      — Hemamala I. KARUNADASA et al. “A Molecular MoS2 Edge Site Mimic for Catalytic Hydrogen Generation”. en. In : Science 335.6069 (fév. 2012), p. 698– 702. DOI : 10.1126/science.1215868.
      — H. H GIRAULT . Electrochimie physique et analytique. French. 2012. ISBN : 978-2-88915-036-6
      Cinétique

      — M. SHIPTON , T. STUCHBURY et K. BROCKLEHURST . “Evaluation of benzofuroxan as a chromophoric oxidizing agent for thiol groups by using its reactions with papain, ficin, bromelain and low-molecular-weight thiols”. en. In : Biochemical Journal 161.3 (mar. 1977), p. 627–637. DOI : 10.1042/bj1610627.
      — M. SHIPTON et K. BROCKLEHURST . “Benzofuroxan as a thiol-specific reac- tivity probe. Kinetics of its reactions with papain, ficin, bromelain and low- molecular-weight thiols”. en. In : Biochemical Journal 167.3 (déc. 1977), p. 799– 810. DOI : 10.1042/bj1670799.
  • Corrections des sujets de chimie de l'agrégation de physique :
    • Année 2001 : Raffinage du nickel (procédé Mond), électrolyse du nickel, synthèse de l'aspartame, catalyse enzymatique, mécanisme de Michaelis-Menten, réactions du méthanal, bakélite, pentaérythrol.
    • Année 2010 : Traitements de surface des matériaux, dépôts électrochimiques, brillanteurs organiques, diagramme de Frost du phosphore, nitruration, cataphorèse.
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