KE524: Kvantekemi (5 ECTS)

STADS: 10005701

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i forårssemesteret.

Ansvarlige undervisere
Email: hjj@sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
MM501 Calculus I og, MM502 Calculus II (eller FF502 Fysik og matematik: Den matematiske modellerede videnskab /FF506/MM529) og KE501 Grundlæggende kemi (eller FF503 Kemi, Biologi og Molekylær Biologi - Den empiriske eksperimentelle videnskab eller FF504 Kemi, Biologi og Molekylær Biologi for Matematik og Fysik) skal være bestået.
KE503 Symmetri, KE521 Grundstoffernes kemi og KE523 Fysisk kemi A  forudsættes kendt.

Kursusintroduktion
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.

Forventet læringsudbytte
Ved kursets afslutning forventes den studerende at kunne:

• redegøre for de kvantemekaniske principper og de nødvendige matematiske teknikker, specielt superpositionsprincippet og variationsprincippet.
• forklare løsningen af Schrödingerligningen for partikel i en kasse og tunneleffekten for en firkantet barrieremodel.
• opskrive både den elektroniske og den totale Hamiltonoperator for ethvert molekyle og forklare betydningen af de enkelte led.
• anvende skærmingsbegrebet (screening) til at forklare atomers egenskaber i molekyler og krystaller: elektronegativitet, grundtilstanden af overgangsmetaller, forskelle i ioniseringsenergier og elektronaffiniteter, forskelle i bindingsegenskaber for forskellige oxidationstilstande, krystaller.
• redegøre for den kvantemekaniske beskrivelse af impulsmoment (angulært moment) og spin for en-elektron systemer og være i stand til at koble disse korrekt til totale værdier for flerelektronsystemer, herunder opskrive termsymboler for atomer.
• redegøre for og anvende Born-Oppenheimerapproksimationen, Pauliprincippet, Hunds regel, variationsprincippet, superpositionsprincippet
• anvende den gruppeteori, som forudsættes bekendt fra KE503 eller tilsvarende, til at opskrive termsymboler for molekyler, til at identificere eller danne symmetriorbitaler, og til at afgøre om en elektronisk overgang er dipol-forbudt eller dipol-tilladt.
• redegøre for den kvantemekaniske beskrivelse af en harmonisk oscillator og forklare hvordan den kan benyttes til at fortolke elektronspektre vha Franck-Condon faktorer.
• redegøre for spin-orbit kobling og dens betydning for optiske spektre, specielt fosforescens.
• udføre molekylorbitalberegninger med simpel Hückelteori, Extended Hückelteori og semi-empiriske eller bedre metoder, fortolke resultaterne af beregningerne ifm f.eks. kemisk reaktivitet eller elektronspektre, samt redegøre for den overordnede forventning til nøjagtigheden af de forskellige modeller.
• anvende relevante dele af ovenstående til at udføre et kvantekemisk projekt, som ligger i forlængelse af lærebogens pensum, formidle resultatet af projektet mundtligt for medstuderende, samt forklare, fortolke og perspektivere projektets resultater ved den mundtlige eksamen.
  
  

Der lægges specielt vægt på, at den studerende er fortrolig med de begreber og sammenhænge, der knytter sig til kursets hovedemner, og kan kombinere disse begreber til at løse mere sammensatte opgaver inden for disse emner.

Emneoversigt
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.

Litteratur

• Atkins and de Paula: Atkins’ Physical Chemistry, 9th ed. (Oxford 2010),Noter på Blackboard.

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

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
Mundtlig eksamen med karakter efter 7-trins skalaen og ekstern censur. Eksamen består dels af forsvar af projektopgaven, dels af et spørgsmål i pensum (10005702).

Reeksamen i samme eksamenstermin eller i umiddelbar forlængelse heraf. Eksamensformen ved reeksamen kan være en anden end eksamensformen ved den ordinære eksamen.

Vejledende timetal
På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.
Introfase: 22 timer
Træningsfase: 22 timer, heraf:
 - Eksaminatorie: 22 timer

Aktiviteter i studiefasen Studiefase: 80 timer

Sprog
Dette kursus undervises på dansk.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Dette er den nyeste version af en kursusbeskrivelse, som trådte i kraft den 1. feb 2014.