Chemia kwantowa WM-CH-421
Treści merytoryczne wykładu:
1.Geneza rozwoju informacji o mikroświecie. Najważniejsze odkrycia i wydarzenia w początkach XX w.w stworzeniu mechaniki kwantowej. Efekt fotoelektryczny, doświadczenie Thomsona, hipoteza de Broglie'a.
2. Klasyczne równanie falowe i równanie Schrödingera.
3. Krótko - o operatorach. Postulaty mechaniki kwantowej.
4. Zasada nieoznaczoności Heisenberga i jej konsekwencje w spektroskopii.
5. Proste modele mechaniki kwantowej.Stopnie swobody. Rodzaje ruchu czastki.Cząstka w pudle jedno- i wielowymiarowym. Poziomy energetyczne i postać funkcji własnych.Pojęcie degeneracji energii.
6. Atom wodoru. Sposób rozwiązywania równania Schrödingera. Orbitale, liczby kwantowe. Kształt orbitali. Funkcja rozkładu radialnego. Średnia i najbardziej prawdopodobna odległość elektronu od jądra.Moment pędu i jego składowe. Wprowadzenie pojęcia spinu.
7. Atomy wieloelektronowe. Orbitale, konfiguracje elektronowe, reguła Paulie'go, reguły Hunda. Koncepcja poziomów energii elektronowej.
8. Cząsteczki dwuatomowe - homo- i heterojądrowe. Schematy poziomów energetycznych.
9.Teoria orbitali molekularnych LCAO. Orbitale typu pi i sigma. Hybrydyzacja.
10.Cząsteczki wieloatomowe. Symetria orbitalna.
11.Wnioski z analizy orbitali molekularnych i gęstości elektronowych; wykonanie obliczeń struktury elektronowej szeregu prostych molekuł przy pomocy programu Gaussian.
12. Problem wybory bazy funkcyjnej w obliczeniach kwantowych.
13.Omówienie procedury "optymalizacja geometrii moleku"ł. Minima lokalne i globalne. Stany przejściowe. Obliczenia parametrów widm w podczerwieni (IR) oraz magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).
14. Omówienie procedury obliczania widm w podczerwieni oraz widm NMR dla cząsteczek.
15. Podsumowanie wykładu: podstawy chemii kwantowej i jej zastosowania.
****************************************
Metody oceny:
- egzamin pisemny
- ciągła ocena w trakcie cotygodniowych ćwiczeń
- wykonywanie obliczeń w domu.
****************************************
Ćwiczenia:
Prowadzone są przy pomocy komputerów::
- Studenci łączą się z komputerem w chmurze Web MO i na każdych zajęciach studenci wykonują odpowiednie obliczenia wg programu Gaussian,
- Studenci zapoznają się z poszczególnymi obliczonymi właściwościami cząsteczek.
- Studenci badają wpływ wyboru metody obliczeń oraz bazy funkcyjnej i porównują parametry obliczone z danymi doświadczalnymi. zapoznając się z poszczególnymi obliczonymi właściwościami cząsteczek.
|
W cyklu 2021/22_Z:
Najważniejsze punkty: |
W cyklu 2022/23_Z:
Zawartość wykładu opisana jest w części ogólnej; Materiał praktyczny na ćwiczeniach wykonywany jest równolegle do materiału na wykładach. Każdy student wykonuje przy pomocy programu Gaussian Web MO w chmurach obliczenia kwantowe dla podanych cząsteczek i analizuje odpowiednią część otrzymanego "autputu". Każdy wykład poświęcony jest odpowiednim właściwościom, które następnie są omawiane. Konsultacje: poniedziałek 13.0 - 14.30 |
Dyscyplina naukowa, do której odnoszą się efekty uczenia się
E-Learning
W cyklu 2023/24_Z: E-Learning | W cyklu 2020/21_Z: E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy | W cyklu 2022/23_Z: E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy | W cyklu 2021/22_Z: E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy |
Grupa przedmiotów ogólnouczenianych
Poziom przedmiotu
Symbol/Symbole kierunkowe efektów uczenia się
Typ przedmiotu
Wymagania wstępne
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
EK1 - zna podstawowe metody obliczeniowe chemii kwantowej do ustalania struktury związków chemicznych.
EK2 - porównuje różne metody obliczeniowe chemii kwantowej i określa, która z nich będzie odpowiednia do rozwiązania zadanego zagadnienia.
EK3 - jest gotowy do praktycznego wykorzystania metod obliczeniowych chemii kwantowej w celach analizy związków chemicznych.
********************
EK1 - zna podstawowe zasady mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek
EK2 - zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych
EK3 - potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntez .
Ćwiczenia:
Na ćwiczeniach rachunkowych wykorzystujemy program Gaussian (w chmurze) do wykonywania obliczeń kwantowych energii i różnych właściwości cząsteczek organicznych.
*******************************************************
Szczegółowo:
1. Na wykładzie omawiane są jakościowo podstawowe modele chemii kwantowej (cząstka w pudle, oscylator harmoniczny, rotator sztywny), oraz zasada wariacyjna, będąca podstawą rozwiązań przybliżonych.
2. Odtwarzane są rozwiązania równania Schrödingera dla atomu wodoru i jonu molekularnego H2+.
3. Omawiane są podstawowe trzy przybliżenia chemii kwantowej: (a) przybliżenie Borna-Oppenheimera, (b) przybliżenie jednoelektronowe, (c) przybliżenie analityczne czyli pojęcie funkcji bazy.
4. Podstawy metody LCAO MO i Hartree-Focka, obliczanie właściwości molekularnych i widm spektroskopowych IR, UB VIS, NMR
5. Omawiane są metody obliczeniowe chemii kwantowej, znajomość obsługi podstawowych programów komputerowych, wg których można obliczać strukturę elektronową molekuł chemicznych.
6. Stosujemy metody obliczeniowe chemii kwantowej do zagadnień takich jak: analiza orbitali molekularnych, energie orbitalne, optymalizacja geometrii, określanie właściwości fizykochemicznych i charakterystyk spektroskopowych cząsteczek.
Kryteria oceniania
EK1:
5,0_ weryfikacja wykazuje, że bez uchwytnych niedociągnięć opisuje podstawy
mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek.
4,5_weryfikacja wykazuje, że niemal w pełni opisuje podstawy mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek.
4,0_weryfikacja wykazuje,że w pełni opisuje podstawy mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek.
3,5_weryfikacja wykazuje, że w znacznym stopniu opisuje podstawy metod obliczeniowych chemii kwantowe., ale nie spełnia kryteriów na wyższą ocenę.
3,0_weryfikacja wykazuje, że w pewnym stopniu lecz niekonsystentnie opisuje podstawy kwantowej., ale nie spełnia kmechanikiryteriów na wyższą ocenę.
2,0_weryfikacja nie wykazuje, że opisuje podstaw metod obliczeniowych chemii kwantowej., ani nie spełnia kryteriów na wyższą ocenę.
EK2:
5,0_weryfikacja wykazuje, żel bez uchwytnych niedociągnięć zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych
4,5_weryfikacja wykazuje, że niemal bez uchwytnych niedociągnięć zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.
4,0_weryfikacja wykazuje, że prawie bez uchwytnych niedociągnięć zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.
3,5_weryfikacja wykazuje, że prawie bez uchwytnych niedociągnięć, lecz w sposób niekonsystentny zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.
3,0_ weryfikacja wykazuje, że w pewnym stopniu, lecz w sposób niekonsystentny zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.
2,0_ weryfikacja nie wykazuje, że zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.
EK3:
5,0_potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .
4,5_weryfikacja wykazuje, że niemal bez uchwytnych niedociągnięć potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .
4,0_weryfikacja wykazuje, że prawie bez uchwytnych niedociągnięć potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .
3,5_weryfikacja wykazuje, że w znacznym stopniu prawie bez uchwytnych niedociągnięć potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .
3,0_weryfikacja wykazuje, że w pewnym stopniu, lecz w sposób niekonsystentny potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .
2,0_ weryfikacja wykazuje, że nie potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .
******************************
1. Obecność na wykładach jest obowiązkowa;
2. W czasie trwania wykładów student zobowiązany jest do wykonaniu paru "jobów" na programie Gaussian i wysłanie ich z opisem do sprawdzenie.
3. Egzamin z wykładu pisemny w postaci prostych pytań problemowych.
4. Zaliczenia ćwiczeń wykonywanych przy pomocy komputera na podstawie samodzielnego wykonania zadanego problemu obliczeniowego przy pomocy programu komputerowego w chmurze WEB MO i dokonania jego opisu.
Ocena egzaminu:
Egzamin pisemny obejmuje opracowanie 10 pytań - zagadnień problemowych. Sposób oceny (przybliżony):
Maksymalna ocena z egzaminu wynosi 100 punktów:
Ocena 5,0: wynik od 80 do 100 punktów
Ocena 4,5: wynik od 70 do 80 punktów
Ocena 4,0: wynik od 60 do 70 punktów
Ocena 3,5: wynik od 50 to 60 punktów
Ocena 3,0: wynik od 40 t0 50 punktów
Ocena 2,0: wynik liczba mniejsza od 40 punktów.
Cel - student po zaliczeniu ćwiczeń potrafi wykonać samodzielnie obliczenia struktury elektronowej podanej cząsteczek, opisać je i zinterpretować; niezależnie czy będzie wykonywał prace magisterska jako organik, fizyko-chemik czy nieorganik.
Praktyki zawodowe
brak
Literatura
Literatura podstawowa:
1. W. Kołos, Chemia kwantowa, PWN 1978 (i nowsze wydania)
2. W. Kołos, J. Sadlej, Atom i cząsteczka, WNT 1998
Literatura uzupełniająca:
1. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, PWN 2001
2. D.A. McQuarrie, J.D. Simon, Physical Chemistry: A Molecular Approach, University Science Books, 1997
|
W cyklu 2021/22_Z:
Podana w opisie ogólnym. |
W cyklu 2022/23_Z:
Literatura podana jest w części ogólnej. |
Uwagi
|
W cyklu 2022/23_Z:
Zajęcia z ćwiczeń do chemii kwantowej są wykonywane w pracowni komputerowej. Opisane są szczegółowo w części ogólnej. |
Więcej informacji
Więcej informacji o poziomie przedmiotu, roku studiów (i/lub semestrze) w którym się odbywa, o rodzaju i liczbie godzin zajęć - szukaj w planach studiów odpowiednich programów. Ten przedmiot jest związany z programami:
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: