Politechnika GdańskaWydział ChemicznyKatedra Chemii Nieorganicznej Copyright © 2017 by KChN WCh PG – Andrzej Okuniewski | |

← Wróć

Chemia

Chemia teoretyczna I
Semestr V (1°)

Osoba odpowiedzialna za przedmiot: dr inż. Andrzej Okuniewski.

Wykład

Program

  • Podstawowe pojęcia: Jednostki i przedrostki układu SI. Jednostki naturalne i atomowe. Przeliczanie jednostek. Logarytmy, liczba Eulera. Liczby i funkcje zespolone> Rachunek różniczkowy i całkowy.
  • Historia mechaniki kwantowej: Promieniowanie katodowe. Eksperyment Thomsona oraz Millikana. Widma liniowe, seria Balmera, równanie Rydberga. Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Rozkład Wiena, Rayleigha-Jensa i Plancka. Model atomu Thomsona, Rutherforda i Bohra.
  • Dualizm korpuskularno-falowy: Doświadczenie Younga i intereferncja fal. Efekt fotoelektryczny. Spektroskopia XPS i AES. Twierdzenie Koopmansa. Zjawisko Comptona. Hipoteza de Broglie’a. Doświadczenie Davissona i Germera.
  • Postulaty mechaniki kwantowej, nieoznaczoność: Funkcja falowa. Interpretacja kopenhaska. Normalizacja funkcji falowej. Kwantowanie (kwantyzacja), reguły Jordana. Funkcja i operator Hamiltona. Stan stacjonarny. Równanie Schrödingera zależne i niezależne od czasu. Wartość oczekiwana. Nieoznaczoność.
  • Funkcje wielu zmiennych, równania różniczkowe: Funkcje dwóch i więcej zmiennych. Hiperpowierchnie i ich znaczenie w mechanice kwantowej. Punkty stacjonarne. Równania różniczkowe. Współrzędne sferyczne.
  • Cząstka w jednowymiarowej studni potencjału: Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału. Funkcje własne i energie własne stanów stacjonarnych. Studnia potencjału o skończonej głębokości. Zastosowanie modelu cząstki w pudle do opisu elektronów π w sprzężonych polienach.
  • Zjawisko tunelowe: Rozciągnięcie funkcji falowych poza granice klasyczne. Efekt tunelowy. Tunelowanie przez jednowymiarową prostokątną barierę potencjału. Prawdopodobieństwo tunelowania (współczynnik transmisji). Skaningowa mikroskopia tunelowa.
  • Oscylator harmoniczny: Klasyczny oscylator harmoniczny. Energia poziomu zerowego. Stany stacjonarne kwantowego oscylatora harmonicznego. Rozkład prawdopodobieństwa znalezienia cząstki dla oscylatora harmonicznego klasycznego i kwantowego. Masa zredukowana. Spektroskopia w podczerwieni.
  • Cząstka na okręgu: Klasyczny opis ruchu obrotowego. Funkcje falowe i energie stanów stacjonarnych cząstki na okręgu. Zastosowanie modelu cząstki na okręgu do opisu elektronów π w węglowodorach aromatycznych. Reguła Hückla.
  • Cząstka w dwuwymiarowej studni potencjału: Prostokątna i okrągła studnia potencjału. Funkcje falowe. Energie stanów stacjonarnych.
  • Rotator sztywny: Klasyczny i kwantowy rotator sztywny. Harmoniki sferyczne. Spektroskopia w dalekiej podczerwieni.
  • Atom wodoru i jony wodoropodobne: Cząstka w nieskończonej prostopadłościennej studni potencjału. Budowa atomu wodoru i jonów wodoropodobnych. Seria Pickeringa. Równanie Schrödingera dla atomu wodoru. Funkcja radialna. Orbitale atomowe.
  • Układy wieloelektronowe: Przybliżenie Borna-Oppenheimera. Przybliżenie jednoelektronowe. Metoda Hartree-Focka. Zasada wariacyjna. Spinorbitale. Wyznacznik Slatera. Orbitale molekularne. Twierdzenie o wiriale, współczynnik wirialny.

Zaliczenie wykładu

  • Studenci, którzy zaliczą laboratorium będą dopuszczeni do zaliczenia w formie testu z całości materiału w sesji podstawowej.
  • Osoby, które nie uzyskają zaliczenia w pierwszym terminie mogą przystąpić do testu w sesji poprawkowej.

Uwaga: na zaliczenie należy zabrać ze sobą kalkulator.

Skala ocen:

% punktów Ocena
92 — 100 5,0
84 — 91 4,5
76 — 83 4,0
68 — 75 3,5
60 — 67 3,0
< 60 2,0

Materiały interaktywne

Do korzystania z materiałów interaktywnych potrzebny jest darmowy program Wolfram CDF Player.

Zaliczenie przedmiotu

Aby zdobyć zaliczenie z przedmiotu należy uzyskać pozytywny wynik zarówno z laboratorium, jak i wykładu. Ocena końcowa jest średnią arytmetyczną ocen z tych dwóch części przedmiotu.

Literatura

  • D. O. Hayward: Mechanika kwantowa dla chemików. PWN, Warszawa 2007.

Laboratorium

Program

W każdym z ćwiczeń laboratoryjnych zadaniem studenta jest konfrontacja wyników własnych obliczeń z danymi literaturowymi.

  1. Sprawdzenie słuszności reguł zabudowy powłok elektronowych
  2. Wyznaczanie energii wzbudzeń elektronowych
  3. Wyznaczanie energii jonizacji
  4. Wyznaczanie elektroujemności Mullikena i twardości Pearsona
  5. Badanie zmienności elektroujemności oraz twardości w układzie okresowym
  6. Ładunek jądra i jego ekranowanie

Zaliczenie

  • Ćwiczenia realizowane są przez studentów w indywidualnym tempie.
  • Obecność na zjęciach jest kontrolowana do czasu oddania sprawozdania. Studenci, którzy będą posiadali więcej niż 20% nieusprawiedliwionych nieobecnoći będą nieklasyfikowani.
  • Warunkiem uzyskania zaliczenia jest oddanie (najpóźniej na ostatnich zajęciach laboratoryjnych - 15 tydzień semestru) sprawozdania z opisem wszystkich ćwiczeń.
  • Sprawozdania należy wydrukować dwustronnie na kartkach A4 i połączyć zszywką (nie spinaczem). Wzór pierwszej strony.
  • Nieoddanie sprawozdania w terminie skutkuje otrzymaniem oceny niedostatecznej.

Materiały