Робоча програма навчальної дисципліни 1 Квантова хімія (повна назва навчальної дисципліни) для студентів



Дата07.03.2018
өлшемі344.46 Kb.
#20261
түріРобоча програма

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
Хімічний факультет

(назва факультету, інституту)

Кафедра (циклова комісія) фізичної хімії

(для коледжів)


«ЗАТВЕРДЖУЮ»

Заступник декана/директора


з навчальної роботи


______________________

«____»____________20__ року


РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ1

Квантова хімія


(повна назва навчальної дисципліни)
для студентів
напрям підготовки 6.040101 - Хімія

(шифр і назва напряму підготовки)

спеціальність

(шифр і назва спеціальності)

спеціалізація ____________________________________________________

(назва спеціалізації)




КИЇВ – 2015

Робоча програма Квантова хімія

(назва спеціальності)

для студентів напряму підготовки 6.040101 - Хімія, спеціальності ________________.

«____» ______________ 2015 року - ___с.


Розробники2: (Яцимирський А.В., доц., к.х.н.)
Робоча програма дисципліни Квантова хімія затверджена на засіданні кафедри (предметної комісії) ________________________________________

_____________________________________________________________________


Протокол № .....від “....” 20___ року
Завідувач кафедри (Голова циклової, предметної комісії) ___________________

(вибрати необхідне)

_____________________ (_______________)

(підпис) (прізвище та ініціали)

«_____» ___________________ 20___ року
Протокол № .....від “....” 20___ року
Завідувач кафедри (Голова циклової, предметної комісії)3 ________________________

факультету/інституту для якого читається дана дисципліна)

_____________________ (_______________)

(підпис) (прізвище та ініціали)

«_____» ___________________ 20___ року

Схвалено науково - методичною комісією факультету/інституту (методичною комісією коледжу за напрямом підготовки (спеціальністю)) (вибрати необхідне)______

_____________________________________________________________________
Протокол від «____» _____________ 20___ року №___

Голова науково-методичної комісії ____________________ (________________)

(підпис) (прізвище та ініціали)

«_____» _________________ 20___ року


© ______________, 20___ рік

© ______________, 20___ рік

© ______________, 20___ рік

ВСТУП

Навчальна дисципліна Квантова хімія

(назва дисципліни)

є складовою освітньо-професійної програми підготовки фахівців за освітньо-кваліфікаційним рівнем «бакалавр» галузі знань 0401 – Природничі науки

(зазначити відповідний рівень) (зазначити)

з напряму підготовки 6.040101 - Хімія, спеціальності - __________________

(шифр і назва напряму підготовки) (шифр і назва спеціальності)

Дана дисципліна нормативна

(нормативна, за вибором)

за спеціальністю (спеціалізацією) ______.

(зазначити спеціальність, у випадку дисципліни спеціалізації відповідну спеціалізацію)

Викладається у 6 семестрі 3 курсу бакалавратури в обсязі – 108 год. 4

(зазначається загальний обсяг)

( 3 кредитів ECTS5) зокрема: лекції – 34 год., практичні 17 год., самостійна робота – 57 год. У курсі передбачено 3 змістових модулі та 3 модульні контрольні роботи. Завершується дисципліна –заліком.

Мета дисципліни – полягає в поясненні природи хімічного зв’язку за допомогою квантової механіки.

Завдання – надання студентам знань за основними напрямками квантової хімії та її застосування для квантово-хімічного опису різних систем: модельні системи, одно- і багато електронні атоми, прості та складні молекули, кристали.

Структура курсу

В результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен



знати: основні поняття та первинні навички до інтерпретації хімічного зв’язку в термінах квантової хімії.

вміти: користуватися поняттями атомних орбіталей, електронних конфігурацій, енергії іонізації, спорідненості до електрону, електронегативності; визначати тип хімічного зв’язку в простих випадках; інтерпретувати його походження та пояснювати направленість хімічного зв’язку.

Місце дисципліни (в структурно-логічній схемі підготовки фахівців відповідного напряму).

Нормативна навчальна дисципліна "Квантова хімія" є складовою циклу професійної підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня "бакалавр", є базовою для вивчення таких спеціальних дисциплін як "вибрані розділи теоретичної хімії ", “фізична хімія конденсованого стану", "кінетика і каталіз".


Зв’язок з іншими дисциплінами.

Блок "Фізична хімія"

Фізична хімія, Фізичні методи в хімії, Магнетохімія і моделі квантової механіки, Гетерогенний каталіз, Основи хімічної кінетики, Фізична хімія координаційних сполук.



Блок "Хімія природних сполук"

Спектроскопічні методи в хімії природних сполук



Блок "Органічна хімія"

Механізми органічних реакцій



Блок "Хімічний контроль навколишнього середовища"

Фотометричний аналіз, Люмінесцентний аналіз, Атомно-абсорбційна та емісійна спектроскопія



Блок - "Аналітична хімія"

Методи молекулярної абсорбційної спектроскопії, Методи молекулярної емісійної спектроскопії, Методи атомної спектроскопії



Блок "Неорганічна хімія"

Спектроскопія неорганічних сполук




Контроль знань і розподіл балів, які отримують студенти.

Контроль здійснюється за модульно-рейтинговою системою.

У змістовий модуль 1 (ЗМ1) входять теми 1, модуль 2 (ЗМ2) входять теми 2-5, а у змістовий модуль 3 (ЗМ3) – теми 6-8.
Оцінка складається з балів отриманих на семінарах та за модульні контрольні роботи.

Модульні контрольні роботи ЗМ2 та ЗМ3 складаються з 3-х частин:



  1. мінімального базового набору задач (питань) однакових для всіх студентів,

  2. практичних задач

  3. задачі на розкриття/розуміння теорії, або питання з теорії.

Модульні контрольні роботи ЗМ2 та ЗМ3 включають співбесіду щодо задачі на розкриття/розуміння теорії, або питання з теорії, та передбачає питання щодо цієї задачі або теоретичного питання, й додаткові питання на розуміння теоретичного матеріалу. Перелік теоретичних питань за модулями наведено нижче в кінці цієї програми.


Обов’язковим для отримання іспиту/заліку є написання трьох модульних контрольних.

Особливі умови:



  • В контрольній роботі модуль 1 необхідно розв’язати задачі в усіх розділах, й набрати не менш за 60% оцінки в кожному розділі.

  • В контрольних роботах модуль 2 та 3 необхідно розв’язати мінімальний набір задач.

(зазначаються умови, невиконання яких унеможливлює допуск до іспиту чи заліку)

Оцінювання за формами контролю6:




ЗМ1

ЗМ2

ЗМ 3




Min. – 6 балів

Max. – 10 балів

Min. – 24 балів

Max. – 40 бали

Min. – 30 балів

Max. – 50 балів

Усна відповідь

1

2

12

20

16

24

Доповнення







3

5

3

8

Модульна контрольна робота 1

5

8













Модульна контрольна робота 2







9

15







Модульна контрольна робота 3













11

18

3” мінімальна/максимальна оцінку, яку може отримати студент.

1 мінімальна/максимальна залікова кількість робіт чи завдань.

Для студентів, які набрали сумарно меншу кількість балів ніж критично-розрахунковий мінімум – 60 балів для одержання іспиту/заліку обов’язково мають переписати модульні контрольні роботи.


У випадку відсутності студента з поважних причин відпрацювання та перездачі МКР здійснюються у відповідності до „Положення про порядок оцінювання знань студентів при кредитно-модульній системі організації навчального процесу” від 1 жовтня 2010 року.
При простому розрахунку отримаємо:




Змістовий модуль 1

Змістовий модуль 2

Змістовий модуль 3

Підсумкова оцінка

Мінімум

6

24

30

60

Максимум

10

40

50

100


При цьому, кількість балів:

  • 1-34 відповідає оцінці «незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням дисципліни;

  • 35-59 відповідає оцінці «незадовільно» з можливістю повторного складання;

  • 60-64 відповідає оцінці «задовільно» («достатньо»);

  • 65-74 відповідає оцінці «задовільно»;

  • 75 – 84 відповідає оцінці «добре»;

  • 85 – 89 відповідає оцінці «добре» («дуже добре»);

  • 90 – 100 відповідає оцінці «відмінно».


Шкала відповідності (за умови іспиту) Шкала відповідності (за умови заліку)


За 100 – бальною шкалою

За національною шкалою

90 – 100

Зараховано

85 – 89

75 – 84

65 – 74

60 – 64

1 – 59

не зараховано



За 100 – бальною шкалою

За національною шкалою

90 – 100

5

відмінно

85 – 89

4

добре

75 – 84

65 – 74

3

задовільно

60 – 64

35 – 59

2

не задовільно

1 – 34







ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
Змістовий модуль 1 Математична база квантової хімії

Тема 1. Математичні основи апарату квантової механіки. (12 год.)7

Диференційне та інтегральне числення. Основні властивості похідних, диференціалів та інтегралів. Повний диференціал та часткові похідні. Комплексні числа: 3 форми (алгебраїчна, тригонометрична, експоненціальна). Перехід між формами. Додавання, віднімання, множення. Формула Ейлера. Векторна та лінійна алгебра. Декартова та сферична системи координат. Оператори. Вигляд операторів , в декартовій та сферичних системах координат.

Оператори фізичних величин. Хвильова функція. Основні властивості хвильової функції, її імовірнісна інтерпретація. Принцип суперпозиції. Лінійні самоспряжені (ермітові) оператори і їх властивості. Оператори координат, імпульсів, кутового моменту і його компонент.

Змістовий модуль 2 Квантова хімія атома

Тема 2. Основні постулати квантової механіки. Апарат квантової механіки. (10 год.)8

Хвильова функція. Основні властивості хвильової функції, її імовірнісна інтерпретація. Електронна густина. Принцип суперпозиції. Задача на власні значення. Виродження. Матричне подання операторів. Комутаційне співвідношення для операторів фізичних величин та умови можливості їх одночасного виміру. Стаціонарне рівняння Шредінгера.


Тема 3. Будова атома. Одноелектронна система. (12 год.)

Розв’язок рівняння Шредінгера для одноелектронноі системи – атома Гідрогену.

Розділення змінних у рівнянні Шредингера для атома водню. Радіальна і кутові хвильові функції. Квантові числа та їх інтерпретація. Радіальна функція розподілу. Атомні рбіта лі, їх позначення, властивості і засоби графічного зображення. Теорема віріалу для атому водню. Спін.
Тема 4. Будова атома. Двохелектронна система. (11 год.)

Розв’язок рівняння Шредінгера для двохелектронної системи – атома гелію. Теорія збурень. Збуджені стани атому гелію.


Тема 5. Будова атома. Багатоелектронна система. (7 год.)

Будова рбіта ліктронних атомів. Електронна конфігурація атомів. Принцип тотожності частинок. Принцип Паулі. Антисиметризація хвильової функції. Періодична система елементів. Енергія іонізації, спорідненість до електрона, електронегативність.


Змістовий модуль 2 Квантова хімія молекули

Тема 6. Двохатомні молекули. (22 год.)

Іонний зв’язок, іонні молекули. Задача про молекулярний іон водню. Молекулярні рбіта лі (МО) та метод МО-ЛКАО. Задача про молекулу водню. Ковалентний зв’язок. Метод валентних зв’язків (ВЗ). Порівняння методів МО та ВЗ, їхнє удосконалення.


Тема 7. Багатоатомні молекули. (22 год.)

Багатоатомні молекули з локалізованими зв’язками. Валентність. Донорно-акцепторний зв’язок. Гібридні рбіта лі. Просторова будова молекул. Теорія симетрії. Молекули з делокалізованими зв’язками. Координаційні сполуки перехідних металів.


Тема 8. Правила симетрії в хімічних реакціях. (9 год.)

Симетрія молекули, перехідного стану та продуктів. Граничні орбіталі. Правила Вудворта-Хофмана.



СТРУКТУРА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І СЕМІНАРСЬКИХ ЗАНЯТЬ

п/п

Назва лекції

Кількість годин

лекції

семінари

С/Р

Змістовий модуль 1 Математична база квантової хімії

1

Тема 1. Математичні основи апарату квантової механіки

4

2

6




Модульна контрольна робота

1










Змістовий модуль 2 Квантова хімія атома

2

Тема 2. Основні постулати квантової механіки. Апарат квантової механіки.

2

2

6

3

Тема 3. Будова атома. Одноелектронна система.

4

2

6

4

Тема 4. Будова атома. Двохелектронна система.

4

1

6

5

Тема 5. Будова атома. Багатоелектронна система.

2

1

4




Модульна контрольна робота

1







Змістовий модуль 3 Квантова хімія молекули

6

Тема 6. Двохатомні молекули.

8

4

10

7

Тема 7. Багатоатомні молекули.

6

4

12

8

Тема 8. Правила симетрії в хімічних реакціях.

1

1

7



















Модульна контрольна робота

1










ВСЬОГО

34

179

57

Загальний обсяг 127 год.10, в тому числі:

Лекцій34 год.

Практичні17 год.

Самостійна робота57 год.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1
Математична база квантової хімії

Тема 1. Математичні основи апарату квантової механіки. (12 год.)11

Лекція 1. Математичні основи апарату квантової хімії. Диференційне та інтегральне числення. Основні властивості похідних, диференціалів та інтегралів. Повний диференціал та часткові похідні. Комплексні числа: 3 форми (алгебраїчна, тригонометрична, експоненціальна). Перехід між формами. Додавання, віднімання, множення. Формула Ейлера. Векторна та лінійна алгебра. Декартова та сферична системи координат. 2 год.

Лекція 2. Математичні основи апарату та апарат квантової хімії. Оператори. Вигляд операторів , в декартовій та сферичних системах координат. Оператори фізичних величин. Хвильова функція. Основні властивості хвильової функції, її імовірнісна інтерпретація. Принцип суперпозиції. Лінійні самоспряжені (ермітові) оператори і їх властивості. Оператори координат, імпульсів, кутового моменту і його компонент, квадрат кутового моменту, оператори потенціальної енергії та гамільтона. 2 год.
Семінар 1. Математичні основи. Оператори, ермітовість операторів. - 2 год.
Завдання для самостійної роботи 6 год.

Взяття табличних похідних та інтегралів. Вивід операторів та їхніх компонент.


ЗАВДАННЯ МОДУЛЬНОЇ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Взяти похідні від наведених в завданні функцій. Одна з функцій обов’язково степенева. Взяти часткові похідні від наведених в завданні функцій. Одна з похідних містить іншу змінну, отже перевіряється навички диференціювання за різними змінними. Взяти повний диференціал від елементарних функцій. Перевіряється навичка диференціювання суми та добутку функцій, в тому числі від двох змінних. Взяти інтеграли від наведених в завданні функцій. Один з інтегралів обов’язково для степеневої функції. Один з інтегралів обов’язково на розкладання дробу. В усіх прикладах на диференціювання та інтегрування перевіряються елементарні принципи їхнього застосування, в тому числі від суми, добутку функцій та від констант, а також від констант, що додані або домножені на функцію.

Комплексні числа. З наведеним в завданні комплексним числом провести елементарні вправи побудовані на властивостях цих чисел: спряженість, обрахунок модуля, переведення в іншу форму числа.

Векторна алгебра. Провести базові операції над наведеними в завданні векторів (одиничних, або поданих в декартових координатах): додавання, віднімання, скалярне або векторне множення.



Матриці та визначники. Провести базові операції над наведеними в завданні матрицями (матриці квадратні, з комплексними числами): додавання, віднімання, множення, транспонування матриці, операція комплексного спрягання матриці та операція з побудови самоспряженої матриці. Якщо в завданні подані визначники: обрахувати значення визначника.
Приклади задач

Взяти похідні








Взяти часткові похідні








Взяти повний диференціал









Інтегрування













Знайти для комплексного числа та

перевести в форму





Добуток векторів та




скалярний

векторний

Вектори (1,0,3) та (0,3,8)

векторний добуток

додати




відняти




скалярний добуток










Дві матриці A = та

B =


















Оператори




декартова система координат

сферичні координати











Оператор імпульса

Оператор координати







Рекомендована література12:

[1-3].
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2

Квантова хімія атома
Тема 2. Основні постулати квантової механіки. Апарат квантової механіки. ( 10 год.)
Лекція 3. Квантова теорія. Хвильова функція. Основні властивості хвильової функції, її імовірнісна інтерпретація. Електронна густина. Задача на власні значення. Виродження. Матричне подання операторів. Співвідношення де-Бройля. Рівняння Шредінгера. Розв’язок рівняння Шредінгера для простих задач: частинка у потенціальному ящику, проходження крізь потенціальний бар’єр, осцилятор, плоский ротатор, просторовій ротатор. Співвідношення невизначеностей Гайзенберга. 2 год.
Семінар 2. Мікрочастинка в потенціальній ямі. Визначення середніх величин. Співвідношення невизначеності. - 2 год.
Завдання для самостійної роботи 6 год.

Розбір формалізму квантової механіки. Вивчення операторів фізичних величин, перевірка комутаційних співвідношень. Розв’язання задач в рамках моделі частинки в ямі та на застосування співвідношення невизначеності.


Тема 3. Будова атома. Одноелектронна система. (12 год.)
Лекція 4. Задача про атом водню. Розв’язок рівняння Шредінгера для одноелектронноі системи - атома Гідрогену: квантові числа, хвильові функції (атомні орбіталі), енергетичні стани. – 2 год.
Семінар 3. Побудова дійсних власних функцій для атому Гідрогену. Перевірка побудованих власних функцій на відповідність умові ортогональності 1 год.

Лекція 5. Задача про атом водню. Аналіз кутових і радіальних частин атомних орбіталей. Розрахунок середніх значень фізичної величини. Повні хвильові функції. Спін електрона. Виродження. – 2 год.
Семінар 3. Знаходження середніх значень величин кінетичної, потенціальної енергій та відстані з застосуванням виведених функцій. - 1 год.
Завдання для самостійної роботи 6 год.

  1. Знаходження дійсних власних функцій для атому Гідрогену для n = 3, перевірка їх на ортогональність.

  2. Знаходження середніх значень відстані електрона від ядра, оберненої величини відстані та максимуму імовірності знаходження електрону.


Тема 4. Будова атома. Двохелектронна система. (11 год.)
Лекція 6. Задача про атом гелію. Атом гелію. Наближені методи розв’язку рівняння Шредінгера для багаточастинкових систем. Теорія збурень.– 2 год.
Семінар 4. Пошук максимуму імовірності знаходження електрону радіальний та кутовий розподіл. – 1 год.
Лекція 7. Задача про атом гелію. Метод самоузгодженого поля Хартрі. Кореляція руху електронів. Збуджені стани атома гелію, обмінне виродження. Принцип Паулі. – 2 год.
Завдання для самостійної роботи 6 год.

Ознайомитися, розібрати наведені в додатках [1] теорію збурень, варіаційний принцип, виведення рівнянь Хартрі через варіаційний принцип для атому гелію, обчислення кулонівського інтегралу.


Тема 5. Будова атома. Багатоелектронна система. (7 год.)
Лекція 8. Будова атома. Будова багатоелектронних атомів. Заборона Паулі. Електронна конфігурація атомів. Терми в атомах. Векторні моделі будови атомів. Зв’язок Рассела-Саундерса (L-S зв’язок). Системи термів і електронні спектри атомів. Спін-орбітальна взаємодія і тонка структура спектрів атомів. Основний терм атома, іона. Правила Гунда. Періодична система елементів. Енергія іонізації, спорідненість до електрона, електронегативність. – 2 год.
Семінар 4. Терми в атомах. – 1 год.

  1. Виведення системи термів через мікростани.

  2. Застосування правил Гунда.


Завдання для самостійної роботи 4 год.

Виведення системи термів через мікростани для більш складних систем.


Модульна контрольна робота

Контрольні запитання та завдання

  1. Фізичний зміст хвильової функції.

  2. Частинка у потенціальному ящику. Проходження крізь потенціальний бар’єр.

  3. Розв’язок рівняння Шредінгера – гармонічний осцилятор.

  4. Розв’язок рівняння Шредінгера - плоский ротатор, просторовій ротатор

  5. Співвідношення невизначеностей Гайзенберга.

  6. Розв’язок рівняння Шредінгера для атома Гідрогену.

  7. Квантові числа, хвильові функції (атомні орбіталі), енергетичні стани.

  8. Аналіз кутових і радіальних частин атомних орбіталей.

  9. Розрахунок середніх значень фізичної величини. Повні хвильві функції.

  10. Спін електрона. Виродження.

  11. Наближені методи розв’язку рівняння Шредінгера для багаточастинкових систем (атом Гелію). Теорія збурень. Варіаційний метод.

  12. Методи самоузгодженого поля Хартрі. Кореляція руху електронів.

  13. Збуджені стани атома галію, обмінне виродження. Принцип Паулі.

  14. Будова багатоелектронних атомів. Заборона Паулі. Електронна конфігурація атомів.

  15. Терми в атомах. Векторні моделі будови атомів. Системи термів і електронні спектри атомів. Спін-орбітальна взаємодія і тонка структура спектрів атомів. Правила Гунда.

  16. Періодична система елементів і електронна будова атомів.

  17. Енергія іонізації атома, спорідненість до електрона, електронегативність.

Рекомендована література13для тем 2-5:

[4-7, 10-13].



ЗАВДАННЯ МОДУЛЬНОЇ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Написати: а) умову нормування хвильової функції; б) умову ортогональності двох хвильових функцій; в) визначення середнього значення фізичної величини; г) співвідношення невизначеностей для координати та імпульсу й енергії та часу; д) форму s, p, d орбіталей.

Та розв’язати задачі на знаходження основного терму, а також на визначення середнього значення, максимуму розподілу імовірності електронної густини, на знаходження власного значення оператора та на співвідношення невизначеності.

Приклади задач

1. Тривалість існування частинки в електронно-збудженому стані дорівнює 10–8 c. Знайти невизначеність енергії (в eB).

2. Електрон знаходиться в одновимірній комірці (наприклад, молекулі) з довжиною =1,0 нм. Знайти мінімальну енергію збудження електрона з основного стану.

3. Чи є функція власною функцією оператора ? Якщо так, то знайдіть її власне значення.

4. Довести, що r2pmaх = 4a0, r3dmaх = 9a0, де a0 – радіус Бора.

5. Довести, що середня потенціальна енергія гідрогенподібного атома в основному стані така:U = –Ze2 = — Z2 = — Z2 (a. o. e.).

6. Показати ортогональність хвильових функцій: а) 1s та 2s (різні значення n); б) 2s та 2p (різні значення l); в) 2px та y (різні значення тl) (див. дані табл. 2.1 і 2.2).

7. Вивести систему термів для pd- та df-конфігурацій (нееквівалентні електрони).

8. Вивести систему термів для d2-конфігурації.

9. Знайти основні терми таких частинок: Fe2+; V3+; N; Ce2+.

10. Знайти середню відстань між електроном та ядром для основного стану атома Гідрогену.

11. Знайдіть найбільш ймовірний радіус (rmax) гідрогенподібної 1s орбіталі для наступних елементів: H, He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3

Квантова хімія молекули
Тема 6. Двохатомні молекули. (22 год.)
Лекція 9. Молекулярний іон водню: молекулярні орбіталі, енергія. МО-ЛКАО. – 2 год.
Лекція 10. Двохатомні молекули в методі МО: молекулярні конфігурації, -, -,  - зв’язки; схема МО; взаємодія конфігурацій однакової симетрії; молекулярні терми двохатомних молекул; порядок зв’язку і основний терм (стан); гетероядерні молекули.– 2 год.
Лекція 11. Молекула водню (ковалентний зв’язок). Метод валентних зв’язків (ВЗ). Насичуваність ковалентного зв’язку. Гетероядерні молекули в методі ВЗ. – 2 год.
Лекція 12. Порівняння методів ВЗ та МО. Двохелектронна хвильова функція молекули водню. Метод конфігураційної взаємодії, проблема дисоціації молекули водню в методі МО, кореляція руху електронів. – 2 год.
Семінар 5. Молекулярний іон водню. – 2 год.

План.


  1. Молекулярні орбіталі (МО) іону водню

  2. Нормовочні коефіцієнти цих МО.

  3. Розрахунок енергії молекулярного іону водню.

  4. Інтеграли, які виникають при обрахунку енергії.


Завдання для самостійної роботи 2 год.

  1. Дослідження поведінки інтегралів

  2. Порівняння внеску в енергію від електрона на зв’язуючій та розрихляючій МО.


Семінар 6. Застосування методу МО. Схема побудови симетрізованих МО. – 1 год.

Побудова МО двохатомних молекул, діаграми. Гомоядерні молекули та гетероядерні молекули.


Завдання для самостійної роботи 4 год.

Визначення молекулярних термів двохатомних молекул.


Семінар 6. Порядки зв’язку методом МО та ВЗ – 1 год.
Завдання для самостійної роботи 2 год.

Визначення порядків зв’язку. Запис багатоелектронних функцій методом ВЗ.



Завдання для самостійної роботи 2 год.

  1. Наближення Борна-Оппенгеймера.

  2. Коливальні, обертальні спектри молекул.


Тема 7. Багатоатомні молекули. (22 год.)
Лекція 13. Багатоатомні молекули з локалізованими зв’язками: Валентність. Донорно-акцепторний зв’язок. Просторова будова молекул. Гібридні орбіталі. МО в молекулах АВn. Локалізовані молекулярні орбіталі. Багатоатомні молекули з кратними зв’язками. - 2 год.
Лекція 14. Молекули з делокалізованими зв’язками: Властивості спряжених та ароматичних сполук. Метод МО Гюккеля (-наближення). Енергія делокалізації. Порядки зв’язків. Індекси вільної валентності. - 2 год.

Лекція 15. Будова координаційних сполук перехідних металів. Теорія поля лігандів. Властивості координаційних сполук металів (електронні спектри, магнітні властивості тощо) з позиції теорії кристалічного поля. - 2 год.
Семінар 7. Метод гібридизації атомних орбіталей. – 1 год.

План.


  1. sp-гібридизація, ортогональність побудованих функцій, еквівалентність.

  2. sp2-гібридизація.


Завдання для самостійної роботи 2 год.

  1. sp3-гібридизація. Вивести функції.


Семінар 7. Еквівалентність представлень для точкових груп симетрії та власних функцій системи. – 1 год.

План.


  1. Представлення, характери, формальний апарат.

  2. Віднесення АО атома, що знаходиться в початку координат по представленню груп симетрії C2v та C3v.


Завдання для самостійної роботи 3 год.

  1. Віднесення АО атома, що знаходиться в початку координат по представленню груп симетрії C4v.

  2. Побудова sp, sp2, sp3 гібридних функцій, виходячи з міркувань симетрії.


Семінар 8. Застосування методу МО. Схема побудови симетрізованих МО. – 1 год.

План.


  1. Побудова МО молекули води.

  2. Побудова МО молекули аміаку.


Завдання для самостійної роботи 3 год.

  1. Продовжити побудову МО молекули аміаку.


Семінар 8. Застосування методу МО. Схема побудови симетрізованих МО. – 1 год.

План.


  1. Побудова МО молекули метану (або іншої молекули).


Завдання для самостійної роботи 4 год.

1. Побудова МО для С2Н2 (або іншої молекули) як з АО, так і з гібридизованих орбіталей.



Тема 8. Правила симетрії в хімічних реакціях. (9 год.)
Лекція 16. Правила симетрії в хімічних реакціях: Симетрія і координата реакції. Збереження орбітальної симетрії – Правило Вудворта-Хоффмана. Граничні орбіталі. - 2 год.
Семінар 9. Застосування правила Вудворта-Хоффмана – 1 год.
Завдання для самостійної роботи 4 год.

Розбір правила Вудворта-Хоффмана.


Завдання для самостійної роботи 3 год.

Розбір за додатком [4] появи сил Ван-дер-Ваальса.


Контрольні запитання та завдання

  1. Двохатомні іонні молекули.

  2. Розв’язок рівняння Шредінгера для молекулі водню.

  3. Метод валентних зв’язків (ВЗ). Насичуваність ковалентного зв’язку.

  4. Полярні молекули в методі ВЗ.

  5. Метод молекулярних орбіталей (МО). Гомо- і гетероядерні молекули в методі МО.

  6. Порівняння методів ВЗ та МО.

  7. Багатоатомні молекули з локалізованими зв’язками. Валентність. Донорно-акцепторний зв’язок.

  8. Гібридні орбіталі. Просторова будова молекул.

  9. Вчення про симетрію.

  10. МО в молекулах АВn. Еквівалентні орбіталі.

  11. Молекули з делокалізованими зв’язками. Властивості спряжених та ароматичних сполук.

  12. Метод МО Гюккеля. Молекулярні діаграми. Порядки зв’язків та індекси вільної валентності.

  13. - та -делокалізація в неорганічних сполуках.

  14. Властивості координаційних сполук металів (електронні спектри, магнітні властивості тощо) з позиції теорії кристалічного поля.

  15. Будова координаційних сполук перехідних металів - теорія поля лігандів.

Рекомендована література14 для тем 6-9:

[4-5, 8-9, 10-12, 14-26].



ЗАВДАННЯ МОДУЛЬНОЇ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Написати: а) Записати МО , як ЛКАО для , а також зобразити розподіл , між ядрами; б) Зобразити утворення можливих (-?) зв’язків (МО) з АО (s, p), (s,d) і (p, d); в) Записати двохелектронну хвильову функцію для в методі МО. Координатну та спінову частини.; г) Записати двохелектронну хвильову функцію для в методі ВЗ. Координатну та спінову частини. Подати контурні діаграми електронної густини.; д) Записати двохелектронну хвильову функцію для в методі ВЗ, яка описує іонні стани. , як ; е) Дайте визначення порядку зв’язку (модель МО) двохатомної молекули; є) Накреслити схему утворення МО для гомо- та гетеро- атомних двохатомних молекул з АО p-типу; ж) Схематично намалюйте систему та зв’язків в .

Та розв’язати задачі на побудуву симетризованих МО для молекули та для вказаного комплексу визначити: 1) координаційне число, заряд центрального атома; 2) геометрію сполуки; 3) заповнення d-орбіталей центрального атома електронами; спін, мультиплетність. Магнітні властивості сполуки, наявність забарвлення; 4) тип гібридизації АО центрального атома.

Приклади задач

1. Побудувати симетризовані МО для молекули BCl3 (використовувати тільки p орбіталі).

2. Для вказаного комплексу визначити:



1) координаційне число, заряд центрального атома; 2) геометрію сполуки; 3) заповнення d-орбіталей центрального атома електронами; спін, мультиплетність. Магнітні властивості сполуки, наявність забарвлення; 4) тип гібридизації АО центрального атома; для

.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА:

Основна: (Базова)

  1. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 1963. - 872 с.

  2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. – М.: Наука, 1964. - 608 с.

  3. Бутузов В.Ф., Крутицкая Н. Ч., Шишкин А. А. Линейная алгебра в вопросах и задачах: Учеб. пособие/ Под ред. В. Ф. Бутузова. — 2-е изд., испр. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. — 248 с. — ISBN 5-9221-0285-0.

  4. Яцимирський В.К., Яцимирський А.В. Квантова хімія. – К.: Видавничо-поліграфічний центр “Київський університет”, 2009.-479 с.

  5. Маррел Дж., Кеттл С, Теддер Дж. Теория валентности. М.: Мир,1968. - 522 с.

  6. Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. М.: Высшая школа,1963.- 622 с.

  7. Мелешина А.М. Курс квантовой механики для химиков. Учеб.пособие.- М.: Высшая школа,1980.- 215 с.

  8. Харгиттаи И., Харгиттаи М. Симметрия глазами химика: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.- 496 с.

  9. Драго Р. Физические методы в химии т.1,2. М., Мир, 1981.



Додаткова:


  1. Маррел Дж., Кеттл С, Теддер Дж. Химическая связь. М. : Мир,1980.

  2. Эткинс П. Кванты. М. : Мир, 1977.

  3. Коулсон Ч. Валентность. М. : Мир, 1965.

  4. Козман У. Введение в квантовую химию. М. : Изд-во иностр. лит.,1960.

  5. Хохштрассер Р. Молекулярные аспекты симметрии. М,: Мир, 1968,

  6. Слетер Дж. Электронная структура молекул. М. : Мир, 1965.

  7. Дьюар М. Теория молекулярных орбиталей в органической химии,М.: Мир, 1972.

  8. Р.Пирсон. Правила симметрии в химических реакциях: Пер. с англ. - М.: Мир, 1979.- 592 с.

  9. Бальхаузен К. Введение в теорию поля лигандов ,М., Мир, 1964

  10. Берсукер И.Б. Электронное строение и свойства координационных соединений. Л.: Химия, 1986.

  11. Губанов В.А., Курмаев Э.З., Ивановский А.Л. Квантовая химия твердого тела. М. : Наука, 1984.

  12. Дяткина М. Е. Основы теории молекулярных орбиталей. М. : Наука, 1975.

  13. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М. : Наука, 1978.

  14. Пиментел Дж., Мак-Клеллан С. Водородная связь. М.: Мир, 1964.

  15. Рюденберг К. Физическая природа химической связи. М. Мир, 1964.

  16. Стрейтвизер Э. Теория молекулярных орбит. М. : Мир, 1965.

  17. Фларри Р. Квантовая химия. М. : Мир, 1985.


Питання з теорії для модульних контрольних робіт ЗМ2 та ЗМ3.

ЗМ2. Квантова хімія атому


  1. Частинка у потенціальному ящику.

  2. Розв’язок рівняння Шредінгера - плоский ротатор, просторовий ротатор.

  3. Співвідношення невизначеностей Гайзенберга.

  4. Розв’язок рівняння Шредінгера для атома Гідрогену.

  5. Квантові числа, хвильові функції (атомні орбіталі), енергетичні стани.

  6. Аналіз радіальних частин атомних орбіталей.

  7. Аналіз кутових частин атомних орбіталей.

  8. Теорема віріала.

  9. Атом водню: квантові числа, хвильові функції (атомні орбіталі), енергетичні стани. Повні хвильові функції. Спін електрона. Виродження.

  10. Наближені методи розв’язку рівняння Шредінгера для багаточастинкових систем (атом Гелію): Варіаційний метод. Прямий варіаційний метод.

  11. Наближені методи розв’язку рівняння Шредінгера для багаточастинкових систем (атом Гелію): Теорія збурень.

  12. Основний стан атому гелію. Екранування.

  13. Основний стан атому гелію. Інші наближені методи. Кореляція руху електронів.

  14. Збуджені стани атома галію, обмінне виродження.

  15. Принцип Паулі.

  16. Будова багатоелектронних атомів. Заборона Паулі. Електронна конфігурація атомів.

  17. Терми в атомах. Векторні моделі будови атомів. Системи термів і електронні спектри атомів. Спін-орбітальна взаємодія і тонка структура спектрів атомів. Правила Гунда.

  18. Періодична система елементів і електронна будова атомів. Заборона Паулі.

  19. Загальні характеристики атома: поляризовність, енергія іонізації, спорідненість до електрона, електронегативність.


ЗМ3. Квантова хімія молекули
Метод молекулярних орбіталей (МО)
1. Молекулярний іон водню: молекулярні орбіталі, енергія. МО-ЛКАО.
2. Двохатомні молекули в методі МО:

молекулярні конфігурації;

-, -,  - зв’язки;

3. схема МО;

4. взаємодія конфігурацій однакової симетрії;

5. молекулярні терми двохатомних молекул;

порядок зв’язку і основний терм (стан);

6. гетероядерні молекули.



Метод валентних зв’язків (ВЗ) (Гайтлера-Лондона).
7. Молекула водню (ковалентний зв’язок).

8. Насичуваність ковалентного зв’язку.

9. Гетероядерні молекули в методі ВЗ.
Порівняння методів ВЗ та МО.

10. Двохелектронна хвильова функція молекули водню. Метод конфігураційної взаємодії, проблема дисоціації молекули водню в методі МО, кореляція руху електронів.



Багатоатомні молекули з локалізованими зв’язками

11. Валентність. Донорно-акцепторний зв’язок. Просторова будова молекул. Гібридні орбіталі.

12. МО в молекулах АВn. Локалізовані молекулярні орбіталі.

Багатоатомні молекули з кратними зв’язками.


Молекули з делокалізованими зв’язками

13. Властивості спряжених та ароматичних сполук.

14. Метод МО Гюккеля (-наближення).

15. Енергія делокалізації. Порядки зв’язків. Індекси вільної валентності.


Правила симетрії в хімічних реакціях

16. Симетрія і координата реакції.

17. Збереження орбітальної симетрії – Правило Вудворта-Хоффмана.

Граничні орбіталі.



Будова координаційних сполук перехідних металів

18. Теорія кристалічного поля.



19. Теорія поля лігандів.

1 Робоча програма навчальної дисципліни є нормативним документом вищого навчального закладу і містить виклад конкретного змісту навчальної дисципліни, послідовність, організаційні форми її вивчення та їх обсяг, визначає форми та засоби поточного і підсумкового контролів.

2 Розробляється лектором. Робоча програма навчальної дисципліни розглядається на засіданні кафедри (циклової комісії – для коледжів), науково-методичної комісії факультету/інституту (раді навчального закладу - коледжу), підписується завідувачем кафедри (головою циклової комісії), головою науково-методичної комісії факультету/інституту (головою ради) і затверджується заступником декана/директора інституту з навчальної роботи (заступником директора коледжу).

3 У випадку читання дисципліни, яка не є профільною для факультету чи інституту обов’язковим є погодження з науково-методичною комісією профільного факультету. У випадку економічних та юридичних наук погодження із предметною комісією з економічних та юридичних наук при Науково-методичній раді Університету.

4 Зазначається загальна кількість годин, які виділено на дану дисципліну згідно навчального плану відповідного освітньо-кваліфікаційного рівня.

5 кредитів ECTS – кредит кратний 36 годинам (Наприклад, 3 кредити ECTS відповідає 108 год.).

6 Див. Положення про порядок оцінювання знань студентів при кредитно-модульній системі організації навчального процесу від 1 жовтня 2010 року, а також Розпорядження ректора «Про методику розрахунку підсумкової оцінки дисциплін, які читаються два і більше семестри» від 29 вересня 2010 року

7 Зазначається загальна кількість годин з урахуванням лекцій, практичних (семінарських, лабораторних) і самостійної роботи.

8 Зазначається загальна кількість годин з урахуванням лекцій, практичних (семінарських, лабораторних) і самостійної роботи.

9 У робочій програмі навчальної дисципліни зазначається реальна кількість годин (кратне 2 год. – час тривалості пари).

10 Загальна кількість годин, відведених на дану дисципліну згідно навчального плану.

11 Зазначається загальна кількість годин з урахуванням лекцій, практичних (семінарських, лабораторних) і самостійної роботи.

12 Зазначається до десяти джерел, які є найбільш важливими для/при опануванні даної теми.

13 Зазначається до десяти джерел, які є найбільш важливими для/при опануванні даної теми.

14 Зазначається до десяти джерел, які є найбільш важливими для/при опануванні даної теми.

Каталог: upload
upload -> Английские слова и выражения в оригинальном написании a horse! a horse! MY KINGDOM FOR a horse! англ букв. «Коня! Коня! Мое царство за коня!»
upload -> Викторина по пьесе В. Шекспира «Гамлет, принц Датский»
upload -> Қазақстан Республикасы Қорғаныс министрінің 2016 жылғы 22 қаңтардағы №35 бұйрығымен бекітілген тиісті деңгейдегі білім беру бағдарламаларын іске асыратын Қазақстан
upload -> 2018 жылға арналған Жарқайың ауданы бойынша айтақты және естелік күнтізбесі 24 маусым
upload -> «Бекітемін» С. Ж. Асфендияров атындағы
upload -> 017 ж қаңтар 31 қаңтар дсұ санитарлық және фитосанитарлық шаралар бойынша Комитетпен жарияланған хабарламалар тізімі


Достарыңызбен бөлісу:




©kzref.org 2023
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет