La thermodynamique statistique a pour but d’expliquer le comportement des systèmes chimiques comportant un grand nombre d’atomes ou molécules à partir d’un traitement statistique de leurs constituants microscopiques. Cette unité d’enseignement vise à l’acquisition des fondements théoriques et calculatoires propre à cette discipline. Ses applications modernes jouent un rôle primaire dans ce qu’on appelle le « rational design » des molécules pour les sciences du médicament et de matériaux.

• Rappels de probabilités
• Rappels de thermodynamique (système, variables d’état, transformations d’état, observables thermodynamiques, etc.)
• Etats macroscopiques et microscopiques
• Notion d’ensemble
• Ensembles canoniques
• Fonction de partition canonique
• Définition statistique des grandeurs thermodynamiques
• Energie, enthalpie, entropie et énergie de Gibbs
• Potentiel chimique
• Equilibre chimique
• Définition statistique de la constante d’équilibre
• « Molecular design »

• Expliquer les concepts d'état, de nombre d'états, et de somme d'états
• Pour un volume et un nombre de particules bien définis, donner l'expression formelle
  • de l'entropie d'un ensemble micro-canonique à partir de la somme ou du nombre d'états pour une énergie
  • de l'énergie et de l'entropie d'un ensemble macro-canonique à une température donnée.
• Calculer la fonction de partition canonique
  • d’un gaz parfait monoatomique
  • d’une molécule dans l’approximation du rotateur rigide et de l'oscillateur harmonique.
• Calculer l'enthalpie, l'entropie et l'énergie de Gibbs d'une réaction en phase gazeuse pour une température donnée dans lesdites approximations; en déduire la constante thermodynamique.
• Calculer les observables thermodynamiques pour des solutions idéales (dilution infinie).