Chemia kwantowa 1200-1CHKW3
Program wykładu i proseminarium:
- Wstęp matematyczny: liczby zespolone, przestrzenie wektorowe, iloczyn skalarny, przekształcenia liniowe (operatory) w przestrzeniach wektorowych,
- Postulaty mechaniki kwantowej i zasada nieoznaczoności Heisenberga. Indeterminizm mechaniki kwantowej.
- Układy jednowymiarowe: cząstka swobodna, pudło potencjału, bariera potencjału, oscylator harmoniczny.
- Kwantowa cząstka w trzech wymiarach. Operatory momentu pędu.
- Układ dwóch cząstek: rozdzielenie ruchu środka masy i ruchu względnego; rotator sztywny; jon wodoropodobny.
- Rozdzielenie ruchu jąder i elektronów, przybliżenie adiabatyczne i przybliżenie Borna-Oppenheimera.
- Rachunek zaburzeń.
- Zasada wariacyjna i metoda wariacyjna. Metoda wariacyjna Ritza.
- Układy cząstek identycznych, statystyki kwantowe dla bozonów i fermionów; układy wieloelektronowe i zakaz Pauliego.
- Atomy i molekuły jako układy wielu elektronów; przybliżenie jednoelektronowe: teoria orbitali atomowych i molekularnych, spinorbitale, wyznacznik Slatera..
- Metoda Hartree-Focka i metoda Hartree-Focka-Roothaana; orbitale kanoniczne i energie orbitalne.
- Teoria funkcjonału gęstości (DFT) i metoda Kohna-Shama.
- Teoria struktury atomów: konfiguracje elektronowe, reguły Hunda, termy atomowe; układ okresowy.
- Orbitale molekularne (wiążące i antywiążące) w jonie H2+; powstawanie kowalencyjnego wiązania chemicznego.
- Teoria struktury elektronowej molekuł w przybliżeniu LCAO MO; twierdzenie Koopmansa; orbitale molekularne zlokalizowane.
- Hiperpowierzchnia energii potencjalnej, geometria molekuły i jej wyznaczanie; model VSEPR.
- Drgania cząsteczek: przybliżenie harmoniczne i drgania normalne; energia rotacyjna, oscylacyjna i elektronowa molekuły.
- Podstawy spektroskopii molekularnej: kwanty promieniowania (fotony); stany wzbudzone; przejścia indukowane przez fale elektromagnetyczne (absorpcja i emisja fotonu); przejścia rotacyjne, oscylacyjne i elektronowe; intensywność przejść i reguły wyboru; symetria molekuł (klasyfikacja symetrii stanów elektronowych i drgań molekuł wieloatomowych).
- Wertykalne przejścia elektronowe: reguła Francka-Condona; orbitalny model wzbudzeń elektronowych - metoda CIS.
- Cząsteczki pi-elektronowe - metoda Hűckla.
Całkowity nakład pracy studenta: 138 godzin, w tym:
- uczestnictwo w zajęciach (wykład i proseminarium) 45 godzin;
- przygotowanie do zajęć 75 godzin;
- egzamin 3 godziny;
- konsultacje z prowadzącym 15 godzin
Rodzaj przedmiotu
Tryb prowadzenia
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
W cyklu 2025Z: | W cyklu 2024Z: |
Efekty kształcenia
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.
Wiedza: absolwent zna i rozumie:
- rolę i miejsce chemii w strukturze nauk ścisłych i przyrodniczych oraz jej wkład w rozwój naszej cywilizacji. Zna podstawowe pojęcia i prawa chemiczne, zna symbolikę, nomenklaturę i notację chemiczną, zna i rozumie zapis reakcji chemicznych (K_W01),
- techniki komputerowe przydatne w pracy chemika(K_W04) ,
- w zaawansowanym stopniu chemii kwantowej: postulaty mechaniki kwantowej ich zastosowanie do opisu atomów i molekuł. Zna programy komputerowe służące do obliczeń opartych na chemii kwantowej (K_W10).
Umiejętności: absolwent potrafi:
- stosować aparat pojęciowy i modele jakościowe chemii kwantowej do analizy i interpretacji własności atomów i molekuł oraz przebiegu prostych reakcji chemicznych a także oddziaływań międzymolekularnych (K_U10).
Maksymalna liczba nieobecności umożliwiająca osiągnięcie efektów kształcenia się: 4.
Kryteria oceniania
Podstawą zaliczenia wykładu i proseminarium jest wynik egzaminu pisemnego. Obowiązuje standardowy sposób oceniania: >50% 3, każde 10% - pół oceny w górę
Praktyki zawodowe
brak
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.
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: