C9550 Kvantová chemie a molekulová spektroskopie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2013
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
Garance
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
St 8:00–9:50 C12/311
Předpoklady
Absolvování přednášky C9920.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Na konci kurzu budou studenti rozumět souvislostem mezi elektronovou strukturou a spektroskopiskymi parametry molekul. Budou schopni interpretovat jednoducha spektra rotacni, vibracni, elektronova, elektronova paramagneticka a jaderna magneticka.
Osnova
  • 1. Principy molekulové spektroskopie. Emise, absorpce, stimulovaná emise, rozptyl záření. Oblasti vlnových délek EM záření a druhy molekulových excitací. Komponenty spektrometru: Zdroje záření, monochromátory: hranoly, ohybové mřížky, detektory. 2. Šířka a intenzita linií. Spektrální rozlišení. Vlivy na šířku linií: přirozená šířka linií, Dopplerovské rozšíření, rozšíření vlivem tlaku, způsoby ovlivnění šířky linií ve spektru. Intenzita linií: Populace hladin při spontánní emisi, absorpci, stimulované emisi. Stacionární stav. Intenzita linií pro absorpci v různých oblastech spektra. 3. Postuláty kvantové mechaniky. Postulát o vlnové funkci. Postulát o operátorech.. Postulát o střední hodnotě veličiny. Postulát o časově závislé Schrödingerově rovnici. Stacionární Schrödingerova rovnice. 4. Přesná řešení Schrödingerovy rovnice I. Částice jednorozměrné potenciálové jámě a elektronová struktura konjugovaných uhlovodíků. Částice na kruhu. Částice na sféře. Částice v coulombovském poli. 5. Přesná řešení Schrödingerovy rovnice II. Harmonický oscilátor. Harmonický oscilátor v klasické mechanice. Kvantověmechanický hamiltonián. Schrödingerova rovnice pro harmonický oscilátor. Řešení v souřadnicové reprezentaci.Princip rekurzního vzorce. Vlastní hodnoty a vlastní funkce. 6. Přibližná řešení Schrödingerovy rovnice: Časově závislá poruchová teorie. Tvar vlnové funkce jako kombinace základního a excitovaného stavu, pravděpodobnost přechodu v případě periodické poruchy, význam pojmu přechodový moment. Princip výběrových pravidel. 7. Rotační spektra. Rotační hladiny energie, klasifikace rotátorů. Volný lineární rotátor: tuhý rotátor – energiové hladiny a vlastní funkce, rotační konstanta, výběrová pravidla. Intenzity linií. Využití mikrovlnné spektroskopie. Starkův efekt. Netuhý rotátor. Sférický rotátor. Symetrický rotátor. 8. Vibrační spektra. Dvouatomové molekuly: Anharmonický oscilátor, Morseho potenciál. Přibližné řešení Schrödingerovy rovnice s Morseho potenciálem. Základní a vyšší harmonické frekvence. Anharmonický oscilátor-rotátor. Vibrační spektra víceatomových molekul: výpočet lineárních vibrací pro CO2 : formulace úlohy, soustava rovnic k níž úloha vede, výsledn frekvence. Obecný popis vibrace.. Výběrová pravidla: infračervená spektra a Ramanovská spektra. Fourrrierovsky transformovaná infračervená spektra. 9. Elektronová spektra. Born-Oppenheimerova aproximace a tvar vlnové funkce v této aproximaci. Franck-Condonův princip (výběrová pravidla pro elektronové přechody). Intenzita linií v závislosti na překryvu elektronových funkcí základního a excitovaného stavu. Elektronová spektra víceatomových molekul. 10. Fotoelektronová a související spektroskopie. Princip fotoelektronové spektroskopie. Fotoelektronová spektroskopie na atomech. Fotoelektronová spektroskopie molekul. Rentgenfluorescenční spektroskopie. 11. Elektronová paramagnetická rezonance (EPR). Operátory a vlastní funkce spinu. Spiny v magnetickém poli. Přechody mezi vlastními stavy.Techniky pro sledování přechodů. Hladiny energie v přítomnosti magnetického pole, nepárového elektronu a magnetického jádra. g-faktor a hyperjemná štěpící konstanta. Pojmy spinová hustota a spinová polarizace. Souvislosti mezi strukturou a hyperjemným štěpením pro organické radikály a pro komplexy přechodových kovů. 12. Nukleární magnetická rezonance (NMR). Základy. Vlastní hodnoty energie a výběrová pravidla. Klasický popis NMR. Vysoce rozlišená NMR v kapalinách. Vliv dynamických efektů na NMR spektra. NMR pulzní fourrierovsky transformovaná spektroskopie.
Literatura
    doporučená literatura
  • HOLLAS, J. Michael. Modern spectroscopy. 4th ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2004, xxvii, 452. ISBN 0470844167. URL info
  • LEVINE, Ira N. Molecular spectroscopy. New York: John Wiley & Sons, 1975, x, 491. ISBN 0471531286. info
Výukové metody
Přednášky
Metody hodnocení
Písemná zkouška formou testu. Z celkového počtu 40 bodů je pro úspěšné absolvování nutné získat minimálně 20 bodů.
Navazující předměty
Informace učitele
http://www.chemi.muni.cz/nmr/radek/C9950/index.html
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.