KE818: Symmetri- og Kvantekemisupplering (5 ECTS)

STADS: 10005301

Niveau
Kandidatkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i efterårssemesteret.

Ansvarlige undervisere
Email: hjj@sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Kommentar:
Samlæses med KE522 til og med uge 48.

Indgangskrav:
Bachelorgrad i kemi, lægemiddelvidenskab, farmaci, ingeniørvidenskab med kemi eller tilsvarende uddannelser. Eller bachelorsidefag i kemi.
Kurset må dog ikke tages, hvis den studerende har haft KE524 Kvantekemi og/eller KE503 Symmetri eller tilsvarende i bachelorstudiet.

Faglige forudsætninger:
Ingen

Kursusintroduktion
Kursets formål er at introducere den studerende til anvendelsen af punktgruppesymmetri i kemi og til den kvantemekaniske beskrivelse af elektronstrukturen i atomer og molekyler. Den studerende skal specielt opnå indsigt i anvendelse af symmetriargumenter og i elektronstrukturens betydning for kemisk binding og reaktivitet, samt for elektronspektroskopi (UV/vis). Den studerende skal også opnå den grundlæggende baggrundsviden i symmetri og kvantekemi for videregående kurser i molecular modelling, spektroskopi, uorganisk kemi og fysisk organisk kemi.

Forventet læringsudbytte
Efter kursets afslutning skal den studerende kunne:

• bestemme symmetrielementer, -operationer og punktgrupper
• bestemme irreducible repræsentationer for funktioner og produkter af disse
• afgøre om et rumintegral over produkter af symmetrifunktioner er nul på grund af symmetri
• afgøre om given optisk overgang mellem to kvantetilstande (absorption eller emission) er dipol-forbudt
• konstruere symmetriorbitaler ud fra et sæt af atomorbitaler
• vurdere hvilke symmetriorbitaler der kan vekselvirke
• konstruere symmetrikoordinater ud fra et sæt af atomkoordinater
• afgøre om en given normalkoordinat giver anledning til en absorption i hhv. IR og Raman spektret
• redegøre for de kvantemekaniske principper og de nødvendige matematiske teknikker, specielt superpositionsprincippet og variationsprincippet.
• 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: elektronegativitet, grundtilstanden af overgangsmetaller, forskelle i ioniseringsenergier og elektronaffiniteter, forskelle i bindingsegenskaber for forskellige oxidationstilstande
• 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 gruppeteorien til at opskrive termsymboler for molekyler og til at afgøre om en elektronisk overgang er dipol-forbudt eller dipol-tilladt.
• 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, samt forklare, fortolke og perspektivere projektets resultater ved den mundtlige eksamen.

Der lægges 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
Symmetrioperationer, punktgrupper, karaktertabeller, symmetrikoordinater, symmetriorbitaler, symmetriregler for integraler, herunder udvalgsregler.
Schrödingerligningen, atomorbitaler, Born-Oppenheimer approksimationen, molekylorbitaler, elektrontilstande, vekselvirkning mellem lys og stof, elektronspektre, fotoelektronspektre, kemisk reaktion.
Projekt i selvvalgt emne hvor teorien anvendes og hvor nogle af kompetencerne demonstreres.

Litteratur

• Oplyses senere.

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

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
Mundtlig eksamen med karakter efter 7-trinsskalaen og intern censur. Eksamen består dels af forsvar af rapporten for den valgte projektopgave, dels af et spørgsmål i pensummet. (10005302)

Reeksamen i samme eksamenstermin eller i umiddelbar forlængelse heraf

Vejledende timetal
På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.
Introfase: 30 timer
Træningsfase: 30 timer, heraf:
 - Eksaminatorie: 25 timer
 - Laboratorieøvelser: 5 timer

Aktiviteter i studiefasen Studiefase: 75 timer

Samlæses med KE522 til og med uge 41

Sprog
Dette kursus undervises på engelsk, hvis der deltager internationale studerende, ellers undervises på dansk.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. september 2014 til 31. august 2016.