Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия»



Скачать 78.82 Kb.
Дата07.01.2013
Размер78.82 Kb.
ТипРабочая программа


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОCСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РС(Я)

ЯКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.К.АММОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Дисциплины ОПД. Ф.07 «КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И КВАНТОВАЯ ХИМИЯ»

Для государственных университетов

Специальность: 011000-Химия

специализация: химическая технология)
Преподавание ведется на кафедре

теоретической физики ФТИ ЯГУ

Якутск - 2004



I. Структура и содержание дисциплины
1. Структура


Модуль



Название

1

Предмет квантовой механики и квантовой химии. Математический аппарат квантовой механики

2


Основные приближения и вычислительные методы квантовой химии

3

Физико-химические свойства веществ и анализ химической реакционной способности и равновесий



2. Содержание дисциплины.



Введение. Предмет квантовой механики и квантовой химии. Основные этапы развития квантовой теории. Квантовая химия, как основа теоретического фундамента современной химической науки.


Основные постулаты квантовой механики. Волновые функции, их основные свойства. Вероятности результатов измерения физических величин, средние значения наблюдаемых величин. Плотность вероятности нахождения частиц в отдельных точках пространства. Принцип суперпозиции состояний.


Математический аппарат квантовой механики.

Операторы и их свойства. Собственные функции (СФ) и соответствующие собственные значения (СЗ). Эрмитовы операторы, их СФ и СЗ. Вырождение. Спин: операторы, собственные значения, собственные функции. Правила сложения моментов импульсов. Матричное представление операторов.


Принципы соответствия и операторы квантовой механики: координат, импульса, моментов импульса, кинетической и потенциальной энергии. Оператор Гамильтона. Соотношение неопределенностей. Соотношение неопределенности для энергии.
Дополнительность , соответствие и методология изучения микромира


Теория момента импульса. Основные следствия коммутационных соотношений для компонент момента импульса. Спин: операторы, собственные значения, собственные функции. Правила сложения моментов импульсов.


Уравнение Шредингера (УШ). Стационарное УШ. Дискретный и непрерывный спектры. УШ для атомных и молекулярных систем. Уравнение непрерывности.


Формулировка уравнения Шредингера для простейших систем. Водородоподобные орбитали, их радиальные и угловые компоненты. Электронная плотность для атома водорода в различных состояниях.


Теория возмущений. Возмущения не зависящие от времени. Секулярное уравнение. Возмущения зависящие от времени. Переходы под влиянием возмущения, действующего в течение конечного времени. Переходы в непрерывном спектре. Соотношение неопределенности для энергии. Потенциальная энергия как возмущение.


Переходы под влиянием возмущения, действующего в течение конечного времени. Переходы в непрерывном спектре. Соотношение неопределенности для энергии. Потенциальная энергия как возмущение.


Теория квантовых переходов между стационарными состояниями. Явление квантового перехода. Квантовые переходы под влиянием световой волны. Правило отбора для электронов в атоме. Интеркомбинационный запрет.


Система тождественных частиц. Волновая функция системы тождественных частиц. Антисимметризация волновой функции. Волновая функция многоэлектронной системы в одноэлектронном приближении. Средняя энергия в одноэлектронном приближении.


Основные приближения квантовой химии. Адиабатическое приближение.

Приближение Борна-Оппенгеймера. Метод конфигурационного взаимодействия

Модель независимых электронов.

Построение приближенных решений электронного волнового уравнения на основе вариационного принципа. Основные пути введения приближений: упрощение аналитического вида пробных функций:, приближенное вычисление интегралов, параметризация на основе экспериментальных данных. Одноэлектронное приближение.


Метод Хартри-Фока (самосогласованного поля-ССП). Уравнения метода, определяющие одноэлектронные функции – орбитали. Представление молекулярных орбиталей (МО) в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). Слэйтеровские функции.


Электронное строение атома.

Конфигурации и термы атомов. Правило Хунда. Учет симметрии атома при построении волновых функций различных состояний. Классификация состояний и классификация молекулярных орбиталей по симметрии σ, π –орбитали. π-электронное приближение. Связывающие и разрыхляющие орбитали


Классификация состояний и классификация молекулярных орбиталей по симметрии σ, π –орбитали. π-электронное приближение. Связывающие и разрыхляющие орбитали


Приближенные методы самосогласованного поля(ССП).

Расширенный метод Хюккеля(РМХ). Простой метод Хюккеля (МОХ) для π-электронных систем.


Методы молекулярных орбиталей (МО), валентных связей (ВС).

Теорема вириала, баланс энергии при образовании молекулы. Запрет пересечения, максимальное перекрывание. Рассмотрение молекулы Н2 в методах МО и ВС. Сравнение методов МО и ВС


Модель свободных электронов (СЭ) в методе МО. Модель МО и зонная модель, электронный газ. Модель СЭ и металлическая связь. Электронно-колебательные взаимодействия. Эффект Яна-Теллера.


Межмолекулярные взаимодействия и их описание в квантовой химии. Ориентационная и индукционная составляющие. Дисперсионное взаимодействие Ван-дер-Ваальсовские комплексы. Водородная связь.


Квантовохимическое описание химических реакций. Пути химических реакций . Поверхности реакций и их свойства. Термодинамические параметры реакции. Электронный отбор по орбитальной симметрии. Роль неадиабатических процессов при химических реакциях. Переходное состояние.


Молекулярна спектроскопия. Феноменологическое описание.

Ядерный квадрупольный резонанс(ЯКР), ядерный магнитный резонанс(ЯМР), электронныйпарамагнитный резонанс(ЭПР). Спектроскопия комбинационного рассеяния света (спетроскопия КР).




II .Практические занятия


N

Темы

1

Модельные задачи. Примеры решения уравнения Шредингера: свободная частица, частица в потенциальной яме, гармонический осциллятор, жесткий ротатор. Определение энергетических уровней и ссоответствующих волновых функций частицы

2

Основные операторы квантовой механики. Вычислениесредних значений физических величин. Коммутаторы.

3

Определение собственных значений и собственных векторов путем вычисления определителей


4

Рассмотрение формул теории возмущений на примере операторов (матриц 2-го и третьего порядка)


5

Решение задачи об атоме водорода. Форма атомных орбиталей.

6

Приближения дифференциального перекрываняи. Запись матричных элементов и вековых уравнений для конкретных молекул.

7

Метод Хюккеля. Простейшие примеры расчетов.

8

Расчет функций радиального распределения для 1s-, 2-, 3s, 3d,-водородоподобного атома.

9

Исследования задач описываемых нестационарным уравнением Шредингера (свободное движение частиц, дифракция на двух щелях, гармонический осциллятор, прямоугольная яма, резонансное туннелирование)

10

Эффекты Штарка-Зеемана для модельных систем

11

Уравнения метода ССП (Хартри –Фока) Вывод для простейших систем


12

Учет симметрии при классификации орбиталей . Гибридные орбитали. Корреляционные диаграммы.

13

Корреляционные правила при описании химических реакций. Правило Вудворда-Хоффмаана о сохранении орбитальной симметрии

14

Спектры и строение комплексных соединений переходных металлов в приближении теории кристаллического поля.


III. Литература.



  1. Грибов Л.А., С.П.Муштакова. Квантовая химия. –М.:Гардарика, 1999, 389с.

  2. Заградник Р., Полак Р. Основы квантовой химии. - М.: Мир, 1979, 504с.

  3. Семенов Я.С. Практикум по вычислительным методам квантовой химии- Якутск: ЯГУ, 2000, 67с.

  4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория.-М.:Наука, 1974, 752с.

  5. Давыдов А.С. Квантовая механика – М.: Наука, 1976. , 640 с.

  6. Дж. Марелл, С.Кеттл, Дж.Теддер. Химическая связь.М.Мир,1980,382с.

  7. Мелешина А.М. Курс квантовой механики для химиков. Уч.пособие.2-е издание.-М.;Высш.школа,1980, 215с.

  8. Семенов Я.С. Руководство по пользованию компьютерным учебным пособием по квантовой механике.- Якутск: ЯГУ, 2000, 25с.

  9. Матвеев В.К. Численные методы в химии.Ч.1,2.-М.:Изд-во МГУ,1985.

  10. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.:Наука,1980, 576с.

  11. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галкеркина. М.:Мир,1988,352с.

  12. Орчин М., Джаффе Г. Разрыхляющие орбитали. М.;Мир,1969, 90с.

  13. Хабердитцл В. Строение материи и химическая связь. -М.; Мир, 1974, 296с.

  14. Эварестов Р.А. Кватовохимические методы в теории твердого тела.-Л.:Изд-во ЛГУ, 1982.

  15. Джонсон К.Численные методы в химии. М.:Мир,1983.

  16. Эберг К., Эдерер Х. Компьютеры. Применение в химии.-М.:Мир,1988

  17. Мессиа А. Квантовая механика т.1 – М.: Наука, 1978, 480 с.

  18. Левич. В.Г., Вдовин Ю.А., Мямлин В.А. Курс теоретической физики т. 2 – М.: Наука, 1971, 936 с.


Похожие:

Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» iconПрограмма «Теоретическая и математическая физика»
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» iconКомпьютерная химия
Дисциплина «Компьютерная химия» относится к дисциплинам по выбору вариативной части профессионального цикла по содержанию и методически...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04. 02 «Теоретическая физика» по физико-математическим наукам
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» iconРабочей программы учебной дисциплины квантовая химия
Целью освоения дисциплины квантовая химия является: формирование основ современной теоретической химии, ознакомление с квантово-механическими...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» icon05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: электродинамика; квантовая механика; физическая оптика; физика твердого...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 02. 00. 17 «Математическая и квантовая химия» по химическим и физико-математическим наукам
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: математические модели современной химии, квантовая химия, теория симметрии...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» icon«Теоретическая физика» по физико-математическим наукам
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» icon01. 04. 02 «Теоретическая физика» по физико-математическим наукам
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» icon01. 04. 02 [Теоретическая физика]
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
Рабочая программа дисциплины опд. Ф. 07 «квантовая механика и квантовая химия» iconРабочая программа учебной дисциплины «Физика конденсированного состояния, термодинамика, статистическая физика, физическая кинетика»
Программа предназначена для подготовки специалистов по всем физическим специальностям. Курс «Термодинамика и статистическая физика»...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org