Spektroskopia A

chemia

obowiązkowe

Chemia kwantowa A 1200-1CHKWAW3

Zakłada się, że student opanował podstawy chemii kwantowej.

Przedmiot jako jeden z obowiązkowych kursów na studiach I stopnia na kierunku chemia ma za zadanie zapoznać studentów z podstawami teoretycznymi najważniejszych metod spektroskopii molekularnej, metodyką rejestracji widm, interpretacją widm pod kątem relacji z budową związków oraz podstawowymi zastosowaniami analitycznymi spektroskopii molekularnej.

Wykład ma za zadanie:

a) systematycznie przedstawić wiedzę potrzebną do świadomego wykorzystania metod spektroskopowych w chemii,

b) zapoznać studenta z podstawami teoretycznymi najważniejszych metod spektroskopii molekularnej,

c) zapoznać studenta z metodyką rejestracji widm oraz interpretacją widm.

W części wstępnej przypomniane zostaną właściwości promieniowania elektromagnetycznego oraz podstawowe wiadomości z chemii kwantowej dotyczące kwantowania energii elektronowej, oscylacyjnej i rotacyjnej molekuły. Następnie wyjaśniona zostanie korelacja między strukturą poziomów energetycznych molekuły a postacią widma absorpcyjnego, emisyjnego oraz rozproszenia Ramana. Omówione zostaną czynniki wpływającej na szerokość pasm w widmach (w tym czas życia molekuły w stanie wzbudzonym, efekt Dopplera). Podczas kolejnych wykładów będą omawiane poszczególne techniki spektroskopowe. Spektroskopia rotacyjna – poziomy energetyczne dwuatomowego rotatora sztywnego (wartości energii, stopień degeneracji); rotacje wieloatomowych molekuł; rotacyjne widmo absorpcyjne i rotacyjne widmo ramanowskie (dla jakiego rodzaju molekuł można mierzyć rotacyjne widma absorpcyjne i ramanowskie, dozwolone zmiany kwantowej liczby rotacyjnej). Spektroskopia oscylacyjna - oscylator harmoniczny i anharmoniczny; poziomy energetyczne i funkcje falowe dwuatomowego oscylatora harmonicznego; pojęcie drgania normalnego; absorpcyjne i ramanowskie widma oscylacyjne (reguły wyboru); zakaz alternatywny; drganie charakterystyczne. Absorpcyjne i ramanowskie widma oscylacyjno-rotacyjne - reguły wyboru. Interferometr Michelsona; transformacja Fouriera. Rezonansowy efekt Ramana (mechanizm zjawiska i zastosowania). Widma elektronowe: reguły wyboru. Struktura oscylacyjna i rotacyjna widm elektronowych; wyznaczanie energii dysocjacji z widm elektronowych; analiza wpływu podstawienia izotopowego na energie dysocjacji wybranych molekuł. Widma luminescencji (w tym porównanie położenia pasm w widmach absorpcyjnych, fluorescencyjnych i fosforescencyjnych). Spektroskopia fotoelektronów - podstawy spektroskopii XPS, UPS i Augera. Elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR) - kwantowanie energii elektronu w zewnętrznym polu magnetycznym; współczynnik rozszczepienia spektroskopowego g; struktura nadsubtelna widm EPR. Jądrowy rezonans magnetyczny (NMR) - stany energetyczne magnetycznych jąder w zewnętrznym polu magnetycznym; warunek rezonansu; zjawisko ekranowania jąder; sprzężenia spinowo-spinowe; równocenność chemiczna i magnetyczna; rezonans 1H, 13C, 14N, 15N i 19F; przetwarzanie sygnału NMR, transformacja Fouriera; procesy relaksacji w NMR; efekt Overhausera; wielowymiarowe widma NMR. Tomografia NMR.

Pokazane zostaną możliwości zastosowania metod spektroskopowych w rozwiązywaniu różnych problemów w chemii (identyfikacja związków organicznych, określanie budowy związków chemicznych, zastosowania analityczne).

Wykład = 30 godzin.

Samodzielne przygotowanie do każdego wykładu (1,5 godziny tygodniowo) = 22 godziny.

Przygotowanie do egzaminu = 28 godzin.

Razem = ok. 80 godzin.

P. W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN, Warszawa, 2003.

Z. Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN, Warszawa, 1992.

Po ukończeniu wykładu student

a) ma rozszerzoną wiedzę o miejscu spektroskopii molekularnej w systemie nauk ścisłych i przyrodniczych, oraz o jej znaczenia dla rozwoju ludzkości,

b) zna i rozumie podstawy teoretyczne różnych rodzajów pomiarów spektroskopowych,

c) zna zastosowania różnych rodzajów pomiarów spektroskopowych.

d) potrafi wykorzystać metody spektroskopii molekularnej do analizy struktury i własności molekuł w fazie gazowej i ciekłej

e) potrafi dokonać wyboru technik spektroskopowych do rozwiązywania określonego problemu

f) zna podstawowe aspekty budowy i działania nowoczesnej aparatury do pomiarów spektroskopowych.

g) zna i rozumie oraz potrafi samodzielnie wytłumaczyć matematyczny opis podstawowych zjawisk i procesów mających wpływ na postać mierzonych widm.

Egzamin końcowy w postaci egzaminu pisemnego przeprowadzanego oddzielnie z zagadnień związanych ze spektroskopią EPR i NMR oraz innych zagadnień omawianych na wykładzie. 1/3 punktów egzaminacyjnych można uzyskać z pytań związanych ze spektroskopią EPR i NMR, pozostałą część można uzyskać z pytań dotyczących innych zagadnień. Wymagane jest uzyskanie co najmniej 50% punktów z każdej części (NMR / EPR i inne techniki). W przypadku trudnej sytuacji epidemiologicznej uniemożliwiającej przeprowadzenie egzaminu pisemnego możliwe będzie przeprowadzenie egzaminu ustnego za pomocą komunikatora komputerowego. Obecność na wykładzie jest wymagana - dopuszczalna liczba nieobecności to nieobecność na 3 wykładach.

NIE