Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowania
Strona główna

Fundamentals of quantum chemistry

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0600-S1-EN-FQCh
Kod Erasmus / ISCED: 13.3 Kod klasyfikacyjny przedmiotu składa się z trzech do pięciu cyfr, przy czym trzy pierwsze oznaczają klasyfikację dziedziny wg. Listy kodów dziedzin obowiązującej w programie Socrates/Erasmus, czwarta (dotąd na ogół 0) – ewentualne uszczegółowienie informacji o dyscyplinie, piąta – stopień zaawansowania przedmiotu ustalony na podstawie roku studiów, dla którego przedmiot jest przeznaczony. / (0531) Chemia Kod ISCED - Międzynarodowa Standardowa Klasyfikacja Kształcenia (International Standard Classification of Education) została opracowana przez UNESCO.
Nazwa przedmiotu: Fundamentals of quantum chemistry
Jednostka: Wydział Chemii
Grupy: Przedmioty ogólnouniwersyteckie
Studia stacjonarne I stopnia - kierunek chemia - semestr 3 j. angielski
Punkty ECTS i inne: 7.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.
Język prowadzenia: angielski
Wymagania wstępne:

(tylko po angielsku) Prerequisites: Elementary mathematics.

Całkowity nakład pracy studenta:

(tylko po angielsku) Contact hours with teacher:

• participation in lectures 20 hrs

• classes 20 hrs

- laboratory 10 hrs

- consultation 15 hrs


Self-study hours:

• preparation for lectures – 5 hrs

• preparation for classes – 20 hrs

- preparation for lab work and data analysis – 5 hrs

- preparation for the examination - 20 hrs


Altogether: 115hrs (4 ECTS)

Altogether: 115hrs (4 ECTS

Efekty uczenia się - wiedza:

(tylko po angielsku)

W1: The student knows and understands the basics of quantum chemistry;, the postulates of quantum mechanics and their application to the description of atoms and molecules, and the theoretical basis of various atomic and molecular spectroscopies.

K_W14


Efekty uczenia się - umiejętności:

(tylko po angielsku) U1: The student understands the importance of quantization in physics and chemistry.

U2: The student can build and solve simple quantum-chemical models.

U3: The student is able to independently use the Maxima mathematical package to solve quantum-chemical problems and models.

K_U03, K_U04

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

(tylko po angielsku) K1: The student independently and effectively works with a large amount of information, understands the relationships between phenomena, and draws correct conclusions using the principles of logic.

K2: The student thinks creatively to improve existing solutions or create new ones, focuses on the continuous acquisition of knowledge, skills and recognizes the need for ongoing personal and professional development.

K3: The student is aware of the limitations of their own knowledge and understands the need for further education. They work systematically and maintain a positive attitude when facing the difficulties in achieving their goals, and they meet deadlines;

K4: The student understands the need to work systematically on any projects and recognizes the importance of computer science and computational quantum chemistry in chemical sciences and practice.

K5:he student independently implements the agreed goals, makes independent and sometimes difficult decisions, and can search for information in the professional literature without assistance.

K_K01, K_K02, K_K03, K_K05, K_K06, K_K07

Metody dydaktyczne:

(tylko po angielsku) Expository teaching methods:

Lecture: A conventional lecture using multimedia

Classes and Laboratory: The meetings will be divided into two parts. The first part, a traditional approach will focus on understanding basic quantum chemical definitions and models. In the the second part, students will learn the basics of the Maxima package and use the program to solve the problems discussed during the lectures and classes.

Metody dydaktyczne w kształceniu online:

- metody oparte na współpracy

Skrócony opis: (tylko po angielsku)

Fundamentals of Quantum Chemistry is intended to be an introductory course of the electronic theory of atoms and molecules, focusing on fundamental concepts rather than going deeply into formal details. Particular attention is given to building theoretical models for chemistry, including their origin, validity and limitations. The primary goal of the course is to enhance the understanding of chemistry through basic physics principles. The course also provides an introduction to vibrational, rotational and electronic spectroscopy of atoms and molecules.

Pełny opis: (tylko po angielsku)

Lectures:

Lectures:

1. Blackbody radiation. The photoelectron effect. Particles exhibit wave-like behavior. Atomic spectra and the Bohr model of the hydrogen atom. The Heisenberg uncertainty principle.

2. Postulates of quantum mechanics. The Schrodinger equation. The physical meaning associated with the wave function. Probability.

3. Using quantum mechanics on simple system: the free particle, the particle in a box, the harmonic oscillator, angular motion and the rigid rotator.

4. The hydrogen atom. Eigenvalues and eigenfunctions for the total energy. The hydrogen atom orbitals. The radial probability distribution function.

5. Variational method and perturbation theory.

6. Many electron atoms. Helium. Introducing electron spin. Indistinguishability of electrons. Slater determinants.

7. Quantum states for many-electron atoms and atomic spectroscopy. Good quantum numbers. Terms, levels, and atomic states.

8. The electronic Hamiltonian. H2+ molecule. The ground and excited states. LCAO MO function.

Classes:

1. Observables, operators, eigenfunctions and eigenvalues. Normalisation and orthogonality. Spherical and cartesian coordinates.

2. Operators and their formulation. Hermitian and linear operators. Commutation rules. Eigenvalues and experimental measurements.

3. Operators and quantum mechanics: the free particle, the particle in a box, the two-particle rigid rotator, the harmonic oscillator, and the electronic Hamiltonian.

4. The expectation value.

5. Using quantum mechanics on simple systems: the free particle, the particle in a box, the two-particle rigid rotator, the harmonic oscillator, and the electronic Hamiltonian.

6. The hydrogen atom. Solving the Schrodinger equation for the hydrogen-like ions..

7. Vibrational, rotational and electronic spectroscopy of diatomic molecules. Examples.

8. Independent particle model. Symmetric and antisymmetric wave function. Slater determinants.

9. Many-electron atoms. Good quantum numbers. Terms, levels and atomic states. Examples.

Laboratory:

1. Arithmetic in Maxima: introduction, arithmetic, addition, subtraction, scalar, multiplication, division, powers, exponentiation, , matrix multiplication, square root, float function, large numbers, precision, functions; sin, cos, tg, ctg, ln, linear and nonlinear equations, derivatives, integrals, Taylor series, plots of functions.

2. Maxima and Quantum Chemistry: normalization, operators, commutators, expectation values, plots of eigenfunctions and eigenvalues (energies); the particle in a box, the harmonic oscillator, the rigid rotator, the hydrogen atom and the hydrogen-like ions, radial and angular functions (Legandre polynomials, spherical harmonics, asscociated Legendre polynomials, Hermite polynomials, Laguerre polynomials).

Literatura: (tylko po angielsku)

Ideas of Quantum Chemistry, Lucjan Piela, Elsevier 2020, lecture notes.

Metody i kryteria oceniania: (tylko po angielsku)

Lecture: written exam.

Classes: written tests.

Required minimum score levels: satisfactory : 50%, satisfactory plus: 61%, good: 66%, good plus: 76%, very good: 81%.

Laboratory: individual projects

Praktyki zawodowe: (tylko po angielsku)

not applicable.

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2024/25" (zakończony)

Okres: 2024-10-01 - 2025-02-23
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 25 godzin, 24 miejsc więcej informacji
Laboratorium, 10 godzin, 8 miejsc więcej informacji
Wykład, 25 godzin, 24 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Maria Barysz, Piotr Jankowski
Prowadzący grup: Maria Barysz, Mirosław Jabłoński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2025/26" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2025-10-01 - 2026-02-22
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 25 godzin, 24 miejsc więcej informacji
Laboratorium, 10 godzin, 8 miejsc więcej informacji
Wykład, 25 godzin, 24 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Maria Barysz, Piotr Jankowski
Prowadzący grup: Maria Barysz, Mirosław Jabłoński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.
ul. Jurija Gagarina 11, 87-100 Toruń tel: +48 56 611-40-10 https://usosweb.umk.pl/ kontakt deklaracja dostępności mapa serwisu USOSweb 7.1.1.0-7 (2025-03-24)