Chemia kwantowa
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | 1200-1CHKW3 |
Kod Erasmus / ISCED: |
13.3
|
Nazwa przedmiotu: | Chemia kwantowa |
Jednostka: | Wydział Chemii |
Grupy: |
Przedmioty minimum programowego - zamienniki dla studentów 3-go semestru (S1-CH) |
Punkty ECTS i inne: |
5.50
|
Język prowadzenia: | polski |
Rodzaj przedmiotu: | fakultatywne |
Założenia (opisowo): | Jest to pierwszy kurs chemii kwantowej na studiach chemicznych I stopnia, w wersji zaawansowanej. Korzystamy tu w pełni z aparatu matematycznego, który studenci poznali na I roku studiów. Zakłada się, że student nie boi sie matematyki, a w razie potrzeby jest gotów nieco poszerzyć swą wiedzę w tej dziedzinie. |
Tryb prowadzenia: | w sali |
Skrócony opis: |
Cel: poznanie kwantowej teorii budowy atomów i molekuł (cząsteczek chemicznych), oraz podstaw spektroskopii molekularnej. Kurs składa się z wykładu i proseminarium, oraz laboratorium komputerowego (zaliczanego oddzielnie). Wykład: po 2 godz. lekcyjne w tygodniu (30 godz. w semestrze). Proseminarium: po 2 godz. lekcyjne w wybrane tygodnie (15 godz. w semestrze). |
Pełny opis: |
Program wykładu i proseminarium: 1. Wstęp matematyczny: liczby zespolone, przestrzenie wektorowe, iloczyn skalarny, przekształcenia liniowe (operatory) w przestrzeniach wektorowych. 2. Postulaty mechaniki kwantowej: (I) Funkcje falowe. (II) Operatory. (III) Ewolucja czasowa układu kwantowego, równanie Schrődingera. (IV) Interpretacja pomiarów w mikroświecie. Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Indeterminizm mechaniki kwantowej. 3. Układy jednowymiarowe: cząstka swobodna, pudło potencjału, bariera potencjału, oscylator harmoniczny. 4. Kwantowa cząstka w trzech wymiarach. Operatory momentu pędu. 5. Postulaty mechaniki kwantowej (dc): (V) Spin cząstki. (VI) Kwantyzacja ładunku elektrycznego. (VII) Moment magnetyczny cząstki. (VIII) Antymateria. Układ jednostek atomowych. 6. Postulaty mechaniki kwantowej (dc): (IX) Funkcje falowe i operatory dla układu wielu cząstek. 7. Układ dwóch cząstek: rozdzielenie ruchu środka masy i ruchu względnego. Rotator sztywny. Jon wodoropodobny, orbitale atomowe. 8.. Rozdzielenie ruchu jąder i elektronów w jonie AB+ (A,B = H, D, T): przybliżenie adiabatyczne i przybliżenie Borna-Oppenheimera. Przybliżona addytywność energii ruchu elektronowego, ruchu oscylacyjnego i ruchu rotacyjnego w molekule. 9. Rachunek zaburzeń (metoda perturbacyjna). Zasada wariacyjna i metoda wariacyjna. Metoda wariacyjna Ritza. 10. Postulaty mechaniki kwantowej (dc): (X) Układy cząstek identycznych, statystyki kwantowe (dla bozonów i fermionów). Układy wielu elektronów i zakaz Pauliego. 11. Atomy i molekuły jako układy wielu elektronów. Przybliżenie jednoelektronowe: teoria orbitali atomowych i molekularnych. Spinorbitale, funkcja wyznacznikowa. Układy zamkniętopowłokowe. 12. Metoda Hartree-Focka i metoda Hartree-Focka-Roothaana. Twierdzenie Koopmansa. Teoria funkcjonału gęstości (DFT) i metoda Kohna-Shama. 13. Teoria struktury atomów: konfiguracje elektronowe, reguły Hunda, termy atomowe. Układ okresowy Mendelejewa. 14. Orbitale molekularne (wiążące i antywiążące) w jonie H2+. Powstawanie kowalencyjnego wiązania chemicznego. 15. Teoria struktury elektronowej molekuł w przybliżeniu LCAO MO. Orbitale molekularne kanoniczne i energie orbitalne, twierdzenie Koopmansa. Orbitale molekularne zlokalizowane, ich typy i konstrukcja przybliżona przy pomocy orbitali atomowych zhybrydyzowanych. 16. Powierzchnia energii potencjalnej, geometria molekuły i jej wyznaczanie. Model VSEPR. 17. Drgania molekuły. Przybliżenie harmoniczne i drgania normalne. Energia rotacyjna, oscylacyjna i elektronowa molekuły. 18. Molekuły pi-elektronowe, metoda Hűckla i jej zastosowania.Reaktywność molekuł pi-elektronowych. Reguły Woodwarda-Hoffmanna. 19. Postulaty mechaniki kwantowej (dc): (XI) Nietrwałość stanów wzbudzonych. (XII) Kwanty pola elektromagnetycznego (fotony). 20. Podstawy spektroskopii molekularnej: przejścia indukowane przez fale elektromagnetyczne (absorpcja i emisja fotonu). Przejścia rotacyjne, oscylacyjne i elektronowe. Intensywność przejść i reguły wyboru. 21. Wertykalne przejścia elektronowe: reguła Francka-Condona. Orbitalny model wzbudzeń elektronowych - metoda CIS. 22. Symetria molekuł. Klasyfikacja symetrii stanów elektronowych i drgań molekuł wieloatomowych. |
Literatura: |
1. Lucjan Piela, "Idee chemii kwantowej", PWN, Warszawa, 2003. 2. Włodzimierz Kołos, "Chemia kwantowa", PWN, Warszawa, 1978. 3. Włodzimierz Kołos, Joanna Sadlej, "Atom i cząsteczka", WNT, Warszawa, 2007. |
Efekty uczenia się: |
Wykład: 1. Zrozumienie podstawowej teorii mikroświata: mechaniki kwantowej. 2. Poznanie opisu kwantowego podstawowych składników otaczającej nas materii: elektronów, jąder atomowych i (skwantowanego) pola elektromagnetycznego. 3. Zrozumienie budowy atomów i molekuł (cząsteczek chemicznych), oraz poznanie metod ich opisu w ramach chemii kwantowej. 4. Poznanie niektórych aspektów reaktywności chemicznej molekuł, a także opisu oddziaływania molekuł z polem elektromagnetycznym. |
Metody i kryteria oceniania: |
Podstawą zaliczenia wykładu i proseminarium jest wynik egzaminu pisemnego. |
Praktyki zawodowe: |
brak |
Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2023/24" (zakończony)
Okres: | 2023-10-01 - 2024-01-28 |
Przejdź do planu
PN WYK
PSEM
WT ŚR CZ PT |
Typ zajęć: |
Proseminarium, 15 godzin
Wykład, 30 godzin
|
|
Koordynatorzy: | Robert Moszyński, Leszek Stolarczyk | |
Prowadzący grup: | Leszek Stolarczyk | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: | Egzamin |
Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2024/25" (w trakcie)
Okres: | 2024-10-01 - 2025-01-26 |
Przejdź do planu
PN WYK
PSEM
WT ŚR CZ PT |
Typ zajęć: |
Proseminarium, 15 godzin
Wykład, 30 godzin
|
|
Koordynatorzy: | Michał Lesiuk | |
Prowadzący grup: | Michał Lesiuk | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: | Egzamin |
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Warszawski, Wydział Chemii.