C9550 Kvantová chemie a spektroskopie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2021
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
Čt 12:00–13:50 C12/311
Předpoklady
Absolvování kurzu C9920.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 12 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Cílem kurzu je vysvětlit studentům souvislosti mezi elektronovou strukturou molekul a jejich spektroskopickými parametry.
Výstupy z učení
Na konci kurzu budou studenti rozumět vztahům mezi strukturou molekul (geometrickou i elektronovou) a spektroskopickými parametry na úrovni kvantové mechaniky. Současně budou mít procvičeny koncepty kvantové chemie, zavedené v kurzu C9920, pomocí úloh vztažených k porozumění konkrétním experimentálním výstupům. Studenti budou také schopni interpretovat jednoduchá rotační, vibrační, aelektronová a magnetická rezonanční spektra molekul.
Osnova
  • C9550 Kvantová chemie a spektroskopie: Sylabus pro období podzim 2020 1 Metoda SCF-MO-LCAO a rozšíření: Disociace H2 Lowe 11-12 až 11-15 1.1 Tvar vlnové funkce v metodě SCF 1.2 Problém disociace H2 a konfigurační interakce 1.3 Velikostní konzistence a jak jí dosáhnout 1.4 Jak a proč lze vlnovou funkci “obejít” 2 Poruchová teorie (PT): Elektron v šikmé jámě Lowe 12 2.1 Popis systému, pojem poruchy, vyjádření vlnových funkcí a energií 2.2 Oprava energie v 1. řádu 2.3 Oprava vlnové funkce v 1. řádu 2.4 Propojení mezi PT a spektroskopickými výběrovými pravidly 3 Částice na kružnici a sféře Lowe 2-6, 4-5 až 4-7, Hollas 5-1 a 5-2 3.1 Částice na kružnici: proč nabývá ml celočíselných hodnot? 3.2 Částice na sféře: vztah k momentu hybnosti a atomovým orbitalům 3.3 Moment hybnosti a magnetický moment částice 4 Rotační spectra molekul 4.1 Moment hybnosti molekuly a rotační hladiny energie molekul 4.2 Rotační výběrová pravidla a dovolené přechody 4.3 Rotační spektra a symetrie molekul 5 Harmonický oscilátor 5.1 Klasický jednorozměrný harmonický oscillator 5.2 Kvantový harmonický oscilátor: řešení, jejich vlastnosti a klasická limita 5.3 Harmonická výběrová pravidla, dovolené přechody 6 Vibrační spektra molekul 6.1 Vibrační hladiny energie dvouatomových molekul 6.2 Anharmonické vibrace 6.3 Vibračně-rotační spectra dvouatomových molekul 6.4 Vibrace polyatomických molekul: pojem normálního módu 7 Elektronové přechody 7.1 Dvouatomové molekuly: Klasifikace elektronových stavů a výběrová pravidla 7.2 Elektronová výběrová pravidla 7.3 Křivky potenciální energie pro excitované elektronové stavy 7.4 Franck-Condonův princip a vibrační struktura elektronových spekter 8 Přechody v magnetické rezonanci 8.1 Operátory a vlastní funkce spinu (NMR i EPR) 8.2 Spiny v magnetickém poli (NMR i EPR) 8.3 Přechody mezi vlastními stavy (NMR i EPR) 8.4 Spinový Hamiltonián (NMR i EPR) a jeho parametry 8.5 Analýza izotropních spekter (EPR) Literatura John P. Lowe: Quantum chemistry, J. Michael Hollas: Modern Spectroscopy, P. W. Atkins, J. de Paula: Fyzikální chemie Formát výuky Přednášky (2x 50 minut, přestávka 10 minut) a dobrovolné domácí úlohy (možno průběžně odevzdávat pro sběr bonusových bodů ke ZK). Zkouška Písemný test a následný pohovor.
Literatura
    povinná literatura
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 9th ed. Oxford: Oxford University Press, 2010, xxxii, 972. ISBN 9780199543373. info
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Fyzikální chemie. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2013, xxvi, 915. ISBN 9788070808306. info
    doporučená literatura
  • HOLLAS, J. Michael. Modern spectroscopy. 4th ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2004, xxvii, 452. ISBN 0470844167. URL info
Výukové metody
Lectures (100 minutes a week, 10 minutes break) and homeworks. Voluntary assignments will be given to students every week, can be handed in for correction at next lecture.
Metody hodnocení
(1) Written test in Czech or English (on choice). A sample test will be put in IS in the mid-semester at latest. The percent composition: ca 50% of lecture’s content and 50% of homework content. 6 pages, maximum 10 points for each. A: 60-54 points, B: 53-48 points, etc. (2) Oral part in Czech or English (on choice). 2 pages of the test with the lowest scores will be discussed. Maximum influence of the oral part result on the final grade: Written A or F: no influence. Written B or E: one grade up or down. Written C or D: two grades up or down.
Navazující předměty
Informace učitele
http://www.chemi.muni.cz/nmr/radek/C9950/index.html
Vítáni jsou studenti chemických, biochemických i fyzikálních oborů.
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 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.