Podstawy chemii kwantowej i teoretycznej 7-S3-3-CH-02
PODSTAWY CHEMII TEORETYCZNEJ I KWANTOWEJ
Wykład, semestr 3, 30 godzin, egzamin
Prowadzący: Prof. dr hab. Małgorzata Broda
Doświadczalne podstawy teorii kwantów. Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Efekt fotoelektryczny. Widmo emisyjne atomu wodoru. Model atomu Bohra. Hipoteza de Brogliea. Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Funkcja falowa. Operatory. Równania Schrodingera zależne i niezależne od czasu. Cząstka w studni potencjału. Oscylator harmoniczny. Bariera potencjału. Efekt tunelowy. Postulaty mechaniki kwantowej. Atom wodoru. Spin. Przybliżone metody chemii kwantowej : metoda zaburzeń i metoda wariacyjna. Atomy wieloelektronowe. Konfiguracja elektronowa. Termy atomowe. Przybliżenie jednoelektronowe. Metoda Hartree-Focka. Przybliżenie Borna-Oppenheimera. Metoda LCAO MO. Wiązanie chemiczne, hybrydyzacja. Zastosowania teorii grup. Symetria cząsteczek. Podstawy spektroskopii molekularnej. Metody obliczeniowe chemii kwantowej: półemipiryczne i ab initio. Elementy termodynamiki statystycznej.
Konwersatorium, semestr 3, 30 godzin, zaliczenie na ocenę
Prowadzący: Prof. dr hab. Małgorzata Broda
Warunki zaliczenia: uzyskanie minimum połowy punktów z kolokwiów
Zadania uzupełniające wykład. Fizyczne podstawy mechaniki kwantowej. Pojęcie kwantu. Właściwości funkcji falowej. Prawdopodobieństwo. Równanie fali. Działania na operatorach. Operator pędu. Operator Hamiltona. Cząstka w studni potencjału. Warunki brzegowe. Oscylator harmoniczny. Wielomiany Hermite?a. Widmo IR cząsteczki dwuatomowej. Atom wodoru. Masa zredukowana. Współrzędne sferyczne. Energia atomu wodoru. Orbitale elektronowe. Liczby kwantowe. Radialna gęstość prawdopodobieństwa. Zasada wariacyjna. Metoda Ritza. Funkcje bazy. Układ równań sekularnych. Spin i multipletowość. Zakaz Pauliego. Wyznacznik Slatera. Przybliżenie jednoelektronowe. Energia korelacji. Orbitalny i spinowy moment pędu. Magnetyczne właściwości elektronu. Zjawisko Zeeman?a. Metoda Hartree-Focka. Energia średnia. Całka kulombowska i całka wymiany. Energia orbitalna. Twierdzenia Koopmansa. Ładunek efektywny. Stała ekeranowania. Orbitale Slatera. Powłoki i podpowłoki elektronowe. Atomy zamkniętopowłokowe i otwartopowłokowe. Reguły Hunda. Dodawanie momentów pędu. Termy atomowe. Wyznaczanie termu. Sprzężenie spinowo ? orbitalne. Symetria cząsteczek. Operacje symetrii. Grupy punktowe symetrii. Spektroskopia molekularna. Krzywa energii potencjalnej cząsteczki dwuatomowej. Energia wiązania. Energia dysocjacji. Widma rotacyjne. Widma oscylacyjne cząsteczek dwuatomowych. Reguły wyboru. Porównanie oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Teoria orbitali molekularnych. Jon H2+. Jednostki atomowe. Orbital wiążący i antywiążący. Całka nakładania. Klasyfikacja orbitali molekularnych. Cząsteczki dwuatomowe homo- i heterojądrowe. Chemia obliczeniowa.
Literatura uzupełniająca
Rodzaj przedmiotu
Tryb prowadzenia
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
Efekty kształcenia:
W wyniku przeprowadzonych zajęć student jest w stanie wykorzystać podstawowe metody kwantowo-mechaniczne do opisu właściwości, struktury i reaktywności układów chemicznych.
Wiedza
W01 rozpoznaje, opisuje i objaśnia podstawowe pojęcia chemii kwantowej K_W01 P6S_WG
W02 zna podstawy rachunku operatorowego i rozumie sposób jego stosowania do opisu prostych układów kwantowych. K_W07, K_W19, K_W20 P6S_WG
W03 potrafi opisać właściwości wybranych modeli na podstawie zależności uzyskanych w wyniku rozwiązania równania Schrodingera K_W07, K_W04 P6S_WG
W04 posiada wiedzę z zakresu podstaw kwantowo-chemicznych metod obliczeniowych K_W01 P6S_WG
Umiejętności
U01 potrafi wykorzystać podstawowe zależności chemii kwantowej do obliczania właściwości wybranych prostych układów modelowych K_U02 P6S_UW
U02 Analizuje wyniki obliczeń kwantowo-chemicznych K_U22 P6S_UU
U03 Oblicza parametry spektroskopowe prostych związków chemicznych K_U14 P6S_UW
U04 poszukuje potrzebnych informacji w literaturze K_U20 P6S_UO
P6S_UU
Kompetencje społeczne (postawy)
K01 jest otwarty na nowości w dziedzinie chemii i zjawisk kwantowych K_K01 P6S_KR
K02 wykazuje aktywną postawę w dążeniu do poznawania praw chemii K_K07 P6S_KO
K03 jest zdolny do rozwiązywania podstawowych problemów
z zakresu chemii kwantowej indywidualnie oraz zespołowo
(z planowaniem pracy i roli w zespole) K_K02 P6S_KR
K04 potrafi krytycznie oceniać źródła informacji i wyniki pracy badawczej K_K04 P6S_KK
Kryteria oceniania
Metody dydaktyczne:
M1 Wykład informacyjny
M2 Konwersatorium, dyskusja, praca w grupach
M3 Przygotowanie teoretyczne do rozwiązywania zadań w zakresu chemii kwantowej
M4 Konsultacje
Sposoby oceny:
OF1 Kolokwium pisemne OP1 Egzamin pisemny
OF2 Odpowiedź ustna
OF3 Aktywność na zajęciach
Warunki zaliczenia przedmiotu:
Wykład egzamin Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej z konwersatorium
Egzamin ma formę pisemną.
Ocenę końcową ustala się na podstawie procentowej liczby uzyskanych punktów
Konwersatorium zaliczenie z oceną Na konwersatoriach, studenci piszą 5 sprawdzianów z możliwością uzyskania max.100 pkt w semestrze. Za aktywność na zajęciach można uzyskać dodatkowo 10 pkt.
Próg zaliczeniowy:
Oceny: dost (3.0); dost plus (3,5); dobry (4,0); dobry plus (4,5); bardzo dobry (5,0) otrzymują ci studenci, którzy uzyskali odpowiednio co najmniej 50%, 60%, 70%, 80%, 90% sumarycznej liczby punktów.
Studenci, którzy nie uzyskali wymaganej liczby punktów, na ostatnich zajęciach piszą kolokwium zaliczeniowe. Próg zaliczeniowy od 50% sumarycznej liczby punktów uzyskanych podczas kolokwium
Literatura
Literatura
1. Kołos W., Sadlej J., Atom i cząsteczka, WNT, Warszawa 1998.
2. Kołos W., Chemia kwantowa, PWN Warszawa 1986.
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: