C9920 Úvod do kvantové chemie a elektronové struktury molekul

Přírodovědecká fakulta
podzim 2016
Rozsah
2/1/0. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
Mgr. Hugo Semrád (cvičící)
doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D. (pomocník)
Mgr. Jakub Stošek (pomocník)
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
Po 19. 9. až Ne 18. 12. St 8:00–10:50 A12-311
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory
předmět má 8 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Charakteristika předmětu: Jedná se o jednosemestrální uvedení do problematiky základů metod kvantové chemie a jejich aplikace na reprodukci, interpretaci a predikci experimentálních dat pro reálné chemické systémy. Kurz je zaměřen na poskytnutí teoretického základu potřebného pro studenty, kteří uvažují o využití metod kvantové chemie ve svých vlastních výzkumných úkolech nebo kteří tak již činí. Využití matematiky je omezeno na nezbytné minimum; základní kvantově-mechanické koncepty jsou zavedeny v rámci přednášky na konkrétních příkladech. Cíle předmětu: Pochopení základních konceptů kvantové mechaniky na jednoduchých reálných chemických systémech; osvojení principů výpočetních metod kvantové chemie; osvojení základních pravidel kvalitativní teorie MO umožňující orientaci ve vypočtených datech a propojení ke konceptům užívaných experimentálními chemiky.
Osnova
  • . Základní pojmy kvantové mechaniky 1.1 Co je kvantová mechanika (QM), stav systému v klasické a kvantové mechanice 1.2 Pojem funkce jedné proměnné, Postulát o vlnové funkci 1.3 Jak získat informace obsažené v Ψ? 1.4 Dodatek k Postulátu o vlnové funkci: Bornova pravděpodobnostní interpretace 1.5 Hodnoty fyzikálních veličin, operátory, vlastní funkce a vlastní hodoty 1.6 Důležité QM operátory 1.7 Postulát o operátorech, základní vlastnosti QM operátorů 2. Atom vodíku 2.1 Schrödingerova rovnice pro elektron v poli jádra 2.2 Symetrie problému, sférické polární souřadnice, atomové jednotky 2.3 Dovolené hodnoty energie a atomová spektra 2.4 Názvosloví vlnových funkcí 2.5 Popis vlastních funkcí: Funkce 1s, 2s a 2p 2.6 Radiální hustota pravděpodobnosti 3. Atomy s více elektrony 3.1 Orbitální aproximace, součet energií orbitalů vs. celková energie 3.2 Matematický popis a názvosloví atomových orbitalů 3.3 Výměnná symetrie VF, elektronový spin 3.4 Elektronová konfigurace Li, antisymetrie VF (Pauliho princip) 3.5 Elektronové konfigurace atomů: Aufbau proces, Klechowského pravidlo 3.6 Hundovo pravidlo, vnitřní a valenční elektrony 3.7 Parametry mnohaelektronových atomů: Stínění, efektivní náboj a Slaterova pravidla, Orbitální poloměry a velikost atomu 3.8 Vývoj atomových vlastností v PT– efektivní náboje, atomové poloměry, orbitální energie 3.9 Vztahy k měřitelným vlastnostem: Ionizační potenciál a elektronová afinita, elektronegativita 4. Interakce dvou atomových orbitalů na různých centrech 4.1 Základní aproximace: Bornova-Oppenheimerova, orbitální, MO-LCAO 4.2 Konstrukce MO: Interakce dvou identických AO, interakce dvou různých AO, orbitaly s nulovým překryvem 4.3 Aplikace na některé jednoduché dvouatomové molekuly: Pravidla pro zaplňování hladin, systémy se 2, 4, 1 a 3 elektrony 4.4 Překryv a symetrie: Překryv 1s/1s, překryv 2p/2p, překryv 1s/2p, překryvové integrály nulové díky symetrii, elementy symetrie 4.5 Aplikace konceptů symetrie na některé polyatomické molekuly: / separace, MO ethylenu a formaldehydu 5. Metoda fragmentových molekulových orbitalů (FMO), interakce mezi dvěma FMO 5.1 MO některých modelových systémů, Hn: Čtvercově planární a obdélníková H4, lineární H3 a H4, triangulární H3, tetraedrální H4, hexagonální H6 5.2 Vliv elektronegativity na tvar a energii MO 5.3 Lineární molekuly AH2: symetrické vlastnosti fragmentových orbitalů, MO a aplikace na BeH2 5.4 Trigonálně planární molekuly AH3: symetrické vlastnosti FMO, MO a aplikace na BH3 5.5 Tetraedrické molekuly AH4: Symetrické vlastnosti fragmentových FMO, MO a aplikace na CH4 6. Interakce mezi třemi fragmentovými orbitaly 7.1 Pravidla pro interakci tří orbitalů: formulace problému, pravidla pro konstrukci MO 7.2 Elektronová struktura molekul AH: formulace problému a tvary MO, elektronová struktura LiH, BH a FH 7.3 Lomené molekuly AH2: symetrie FMO, interakční diagram a MO pro H2O 7.4 Pyramidální molekuly AH3: symetrie FMO, interakční diagram a MO pro NH3 7. Interakce mezi čtyřmi fragmentovými orbitaly a MO velkých molekul 7.1 Homonukleární diatomické molekuly A2 7.2 Heteronukleární diatomické molekuly AB 7.3 MO acetylenu, ethylenu a ethanu 7.4 Konjugované polyeny 8. Orbitální korelační diagramy: Modelové systémy H3+ a H3- 8.1 Pravidla pro kreslení orbitálních korelačních diagramů 8.2 Orbitální korelační diagram pro ohýbání H3 8.3 Geometrie H3+ 8.4 Geometrie H3− a pravidlo nejvyššího obsazeného MO 9. Geometrie molekul AH2 a AH3 9.1 Molekuly AH2: Orbitální korelační diagram mezi lineární a lomenou strukturou 9.2 Geometrie molekul AH2 9.3 Molekuly AH3: Orbitální korelační diagram mezi trigonální a pyramidální strukturou, geometrie molekul AH3 10. Úvod do studia chemické reaktivity 3.3.1 Popis chemické reakce 3.3.2 Aproximace hraničních orbitalů 3.3.3 Cykloadiční reakce Literatura: Y. Jean, F. Volatron, An Introduction to Molecular Orbitals, Oxford University Press, Oxford, 1993. John P. Lowe: Quantum Chemistry - 2nd ed, Academic Press, San Diego, California, 1993. Obě učebnice jsou zveřejněny ve studijních materiálech ISu. Zkouška: Písemná + ústní v rámci řádného ZK období. Příklady písemných částí lze nalézt v učebních materiálech ISu, nebudou se vyskytovat úlohy na obyčejnou Hückelovu metodu (letos přesunuta do C9930), rozšířena bude „orbitální“ část. Ústní část: dvě otázky z podrobnější úrovně členění.
Literatura
    doporučená literatura
  • LOWE, John P. Quantum chemistry. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993. xx, 711. ISBN 0124575552. info
  • LEVINE, Ira N. Quantum chemistry. 5th ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1999. x, 739. ISBN 0136855121. info
  • JEAN, Yves a François VOLATRON. An introduction to molecular orbitals. Edited by Jeremy K. Burdett. New York: Oxford University Press, 1993. xiv, 337. ISBN 0195069188. info
  • ALBRIGHT, Thomas A., Jeremy K. BURDETT a Myung-Hwan WHANGBO. Orbital interactions in chemistry. New York: Wiley, 1985. xv, 447. ISBN 0471873934. info
Výukové metody
Přednášky, cvičení, konzultace.
Metody hodnocení
Písemná zkouška (vyžadující z větší části vlastní odpovědi, z menší části výběr z možností) a ústní zkouška (v rozsahu 2 bodů sylabu určených vyučující, 20 min příprava)
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2010 - akreditace, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2017.

Nahoru | Aktuální datum a čas: 22. 11. 2017 09:54, 47. (lichý) týden

Kontakty: istech(zavináč/atsign)fi(tečka/dot)muni(tečka/dot)cz, studijní odd., správci práv, is-technici, e-technici, IT podpora | Použití cookies | Více o Informačním systému