KE512: Kvantekemi & Uorganisk og biouorganisk kemi (10 ECTS)

STADS: 10001301

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i forårssemesteret.
3. og 4. kvartal

Ansvarlige undervisere
Email: hjj@ifk.sdu.dk
Email: chk@ifk.sdu.dk
Email: adb@ifk.sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
MM501 Calculus I, MM502 Calculus II og KE501 Grundlæggende kemi skal være bestået. KE503 Symmetri og KE502 Grundstoffernes kemi og fysisk kemi forudsættes kendt.

Kursusintroduktion
A. Kvantekemi: Kursets mål er at give de studerende en grundlæggende forståelse for den kvantemekaniske beskrivelse af atomer og molekyler. Der lægges specielt vægt på forståelsen af kemisk binding og reaktivitet, samt det teoretiske grundlag for optisk molekylspektroskopi. Kurset skal også give den grundlæggende kvantemekaniske baggrundsviden for videregående kurser i molecular modelling, NMR spektroskopi, uorganisk kemi og fysisk organisk kemi.
B. Uorganisk og biouorganisk kemi: Kursets mål er et dybere kendskab til både naturlige og kunstige materialer og deres egenskaber end opnået i grundstoffernes kemi, herunder kendskab til biologisk essentielle grundstoffer og deres funktion i livsprocesser. Endvidere skal der opnås forståelse for sammenhængen mellem materialernes egenskaber og deres elektronstruktur.

Kompetencer
A. Kvantekemi. De studerende skal kunne

1. redegøre for den grundlæggende kvantemekanik og for dens relevans for forståelse af molekylers egenskaber og kemisk binding
2. forklare atomernes egenskaber i forbindelse med kemisk binding ud fra atomorbitalmodellen
3. forklare kemisk binding ud fra molekylorbitalmodellen ved at kombinere atomorbitaler
4. forstå kvalitativ molekylorbitalteori og kende til dens begrænsninger, herunder:
a) fortolke diatomiske og små polyatomiske molekylers struktur, laveste elektroniske overgange og fotoelektronspektre ud fra molekylorbitaldiagrammer.
b) anvende Hückelmodellen på aromatiske molekyler og fortolke resultaterne med hensyn til variation i bindingslængde, π-π* og n-π* elektroniske overgange, samt elektrofile og nukleofile reaktioner.
c) fortolke et molekylorbitaldiagram af et metalatom med ligander (ligandfeltteori).
d) forstå separationen mellem molekylers elektronstruktur og deres rotations-vibrationsstruktur (Born-Oppenheimer approksimationen)
e) forklare elektronspektre ud fra molekylernes elektronstruktur (incl. begreberne vekselvirkning lys og stof, transition rate, Franck-Condon faktor, fluorescens, fosforescens)
f) forklare fotoelektronspektre ud fra molekylernes elektronstruktur.

B. Uorganisk og biouorganisk kemi. De studerende skal kunne

1. redegøre for fællestræk i grundstoffernes kemi ud fra deres position i det periodiske system
2. beskrive strukturer af simple grundstoffer og binære ioniske faststoffer.
3. forudsige struktur, enkelt-, dobbelt- og trippelbinding af p-blok forbindelser
4. skelne mellem optiske og geometriske isomerer i d-blok koordinationsforbindelser
5. redegøre for struktur, reaktivitet, spektroskopiske og fysiske egenskaber af d-blok og p-blok forbindelser ud fra elektronkonfigurationen og oxidationstrin
6. beregne magnetiske momenter ud fra spintilstanden
7. kunne vælge relevante analytiske og spektroskopiske metoder til karakterisering af forskellige stoffer og fortolke resultatet (UV/VIS, IR, Raman, NMR, ESR, massespektrometri)
8. forklare de enzymatiske og strukturelle roller af udvalgte grundstoffer i biologiske systemer
9. redegøre for brugen af udvalgte metalbaserede katalysatorer i industrien
10. redegøre for rollen af cis-platin i cancerterapi og udvalgte metaller i klinisk diagnostik.

Forventet læringsudbytte


Emneoversigt
A. Kvantekemi: Schrödingerligningen, atomorbitaler, Born-Oppenheimer approximationen, molekylorbitaler, elektrontilstande, tidsafhængig pertubation, vekselvirkning mellem lys og stof, elektronspektre, fotoelektronspektre, kemisk reaktion, herunder Woodward-Hoffmann reglerne. Projekt i selvvalgt emne hvor teorien anvendes og hvor nogle af kompetencerne demonstreres.
B. Uorganisk og biourganisk kemi: Anvendelser af analytisk spektroskopi på uorganiske systermer, geometri og isomeri af koordinationsforbindelser, d-orbital elektronernes opsplitning og synlige spektre, magnetiske egenskaber, tendenser i strukturer og oxidationstrin i d-blok forbindelser, molekylklynger og blandet-valens forbindelser, metalaktivering af molekyler og katalyse, templatreaktioner, supramolekylær kemi, metalloproteiner, metalforbindelser i medicin og diagnosticering.

Litteratur

• P.W. Atkins and J. de Paula: Atkins Physical Chemistry, 8th ed., 2006, Oxford University Press.
• Noter.
• C. E. Housecroft & A. G. Sharpe: Inorganic Chemistry, 2nd Edition, 2005, Prentice Hall (It is the same book as listed for KU04).

Pensum
Se pensumbeskrivelse.

Kursets hjemmeside
Dette kursus benytter e-learn (blackboard).

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
1 times skriftlig prøve med alle hjælpemidler efter 3. kvartal i uorganisk kemi (15% total).
2 timers skriftlig prøve i uorganisk og biouorganisk kemi med alle hjælpemidler efter 4. kvartal (35% total). Der gives en samlet delkarakter efter 13-skalaen på basis af de to skriftlige eksaminer. Ekstern censur.
Projektopgaven i kvantekemi er i 4. kvartal og kan afleveres i grupper af op til 3 studerende. Projektopgaven skal være godkendt for at gå til mundtlig eksamen.
Mundtlig eksamen i kvantekemi efter 4. kvartal (50% total) med karakter efter 13-skalaen og ekstern censur. Eksamen består dels af forsvar af projektopgaven, dels af et spørgsmål i den kvantekemiske del af pensummet.

Vejledende timetal
På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

Undervisningen vil bestå af forelæsninger (2x25 timer) suppleret af eksaminatorietimer (10+25 timer).
Aktiviteter i studiefasen

Sprog
Der er ikke registreret nogle oplysninger om undervisningssproget.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. september 2006 til 31. januar 2008.