Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowania
Strona główna

Podstawy chemii kwantowej

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0600-S1-O-PCK
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: Podstawy chemii kwantowej
Jednostka: Wydział Chemii
Grupy: Stacjonarne studia pierwszego stopnia - Chemia - Semestr 3
Punkty ECTS i inne: 0 LUB 6.00 LUB 5.00 (w zależności od programu) 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.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Posiada podstawową wiedzę z matematyki i fizyki

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

1. Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (godziny kontaktowe) 60 h.

2. Praca własna studenta (przygotowanie do ćwiczeń, laboratorium i egzaminu) 50 h.

3. konsultacje -- 15 h.

Całkowity nakład pracy: 125 h

Punkty ECTS: 5 pkt

Efekty uczenia się - wiedza:

W1. Student rozumie znaczenie kwantowania w fizyce i chemii; potrafi budować i rozwiązywać proste modele kwantowo-chemiczne; potrafi samodzielnie korzystać z pakietu matematycznego Maxima do rozwiązywania zagadnień i modeli kwantowo-chemicznych. (K_U03, K_U04)

Efekty uczenia się - umiejętności:

U1. Student rozumie znaczenie kwantowania w fizyce i chemii; potrafi budować i rozwiązywać proste modele kwantowo-chemiczne.

U2. Student zna podstawy teoretyczne spektroskopii rotacyjnej, oscylacyjnej i elektronowej.

U3. Student potrafi samodzielnie korzystać z pakietu matematycznego Maxima do rozwiązywania zagadnień i modeli kwantowo-chemicznych.

(K_U03, K_U04)

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

Student samodzielnie i efektywnie pracuje z dużą ilością informacji , dostrzega zależności pomiędzy zjawiskami i poprawnie wyciąga wnioski posługując się zasadami logiki.

Myśli twórczo w celu udoskonalenia istniejących bądź stworzenia nowych rozwiązań.

Jest nastawiony na nieustanne zdobywanie wiedzy, umiejętności i doświadczeń; widzi potrzebę ciągłego doskonalenia się i podnoszenia kompetencji zawodowych; zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia.

Pracuje systematycznie i ma pozytywne podejście do trudności stojących na drodze do realizacji założonego celu; dotrzymuje termonów; rozumie konieczność systematycznej pracy nad wszelkimi projektami.

Rozumie znaczenie informatyki i obliczeniowej chemii kwantowej w naukach chemicznych i praktyce.

W pełni samodzielnie realizuje uzgodnione cele, podejmując samodzielne i czasami trudne decyzje; potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze fachowej.

K_K01, K_K02, K_K03, K_K05, K_K06, K_K07

Metody dydaktyczne:

Metody dydaktyczne eksponujące – pokaz.

Metody dydaktyczne podające - wykład informacyjny (konwencjonalny), wykład konwersacyjny.

Metody dydaktyczne poszukujące – ćwiczenia, laboratorium komputerowe.

Student w czasie każdego cotygodniowego spotkania w laboratorium komputerowym otrzymuje zadania, które wykonuje przy pomocy prowadzącego. W drugiej części zajęć student otrzymuje samodzielne zadanie do wykonania, które jest oceniane.

Metody dydaktyczne eksponujące:

- pokaz

Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące:

- ćwiczeniowa
- laboratoryjna
- projektu

Skrócony opis:

Celem proponowanych zajęć jest::

Poznanie podstaw teoretycznych mechaniki kwantowej i chemii kwantowej oraz ich znaczenia w chemii. Przedmiot stanowi podstawę do dalszych studiów i do specjalności 'Chemia informatyczna' (S1) i przedmiotu Chemia teoretyczna (S2), gdzie student w oparciu o poznana wiedzę teoretyczna uczy się praktycznego stosowania metod modelowania w chemii kwantowej przy pomocy powszechnie używanych pakietów obliczeniowch.

Na przedmiot 'Podstawy chemii kwantowej' składają się trzy przedmioty obowiązkowe:

1. Podstawy chemii kwantowej – wykład 25 h.

2. Podstawy chemii kwantowej – ćwiczenia 25 h.

3. Podstawy chemii kwantowej – laboratorium komputerowe – 10h.

Pełny opis:

Wykład:

1. Teoria kwantów i jej geneza: hipoteza Plancka, teoria Bohra, hipoteza de Broglie'a i dualizm falowo korpuskularny. Zasada nieoznaczoności Heisenberga.

2. Postulaty mechaniki kwantowej. Równanie Schrodingera, funkcja falowa i jej interprertacja. Mechanika kwantowa stanów stacjonarnych.

3. Proste modele kwantowo—mechaniczne i ich rozwiązania: cząstka swobodna, cząstka w jamie potencjału, układ dwóch mas punktowych, oscylator harmoniczny i rotator sztywny. Podstawy spektroskopii rotacyjnej i oscylacyjnej.

4. Mechanika kwantowa elektronu w polu kulombowskim. Rozwiązania równania Schrodingera dla atomu wodoru i jonów wodoropodobnych. Orbitale atomowe i ich kształty.

5. Metody przybliżone chemii kwantowej:zasada i metoda wariacyjna.

6. Przybliżenie jednoelektronowe w układach wieloelektronowych. Spin i spinorbitale. Wieloelektronowa funkcja falowa: warunki symetrii, wyznacznik Slatera.

7. Przybliżenie Borna—Oppenheimera. Energia elektronowa, oscylacyjna i rotacyjna molekuły. Widma rotacyjne i oscylacyjne i elektronowe molekuł.

8. Hamiltonian elektronowy. Struktura elektronowa jonu molekularnego H2+. Orbitale molekularne.

9. Przybliżenie jednoelektronowe w molekułach. Teoria orbitali molekularnych. Przybliżenie LCAO.

10. Struktura elektronowa homo-- i heterojądrowych molekuł dwuatomowych. Diagramy energetyczne. Konfiguracja elektronowa.

Ćwiczenia: Rozwiązywanie zadań i problemów dotyczących. poniżej podanych tematów.

1. Badanie właściwości funkcji falowej. Normalizacja funkcji falowej: współrzędne kartezjańskie i sferyczne.

2. Operatory liniowe i hermitowskie. Iloczyn operatorów. Komutatory i jednoczesna mierzalność wielkości fizycznych.

3. Operatory w mechanice kwantowej; cząstka swobodna, rotator sztywny, oscylator harmoniczny liniowy, molekuła i Hamiltonian elektronowy.

4. Wartości średnie.

5. Proste modele kwantowo-chemiczne: butadien naiwnie, cząstka w pudle, rotator sztywny, oscylator harmoniczny liniowy.

6. Atom wodoru w opisie kwantowo-chemicznym.

7. Struktura elektronowa homo-- i heterojądrowych molekuł dwuatomowych. Diagramy energetyczne.

Laboratorium komputerowe:

1. Podstawy praktycznego korzystania z pakietu MAXIMA.

rtmetyka w Maximie: dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie, potęgowanie, pierwiastkowanie, funkcja float, dokładność dużych liczb, funkcje trygonometryczne sinus, cosinus, tangens, cotangens, równania liniowe, pochodne, całkowanie, graficzne wykresy funkcji.

2. Wykorzystanie pakietu MAXIMA do ilustracji i rozwiązywania prostych zagadnień chemii kwantowej.

Wykreślanie wykresów wielomianów Hermite'a, Legendre'a, harmonik sferycznych i wielomianów Laguerre'a dla różnych wartości liczb kwantowych. Normalizacja funkcji falowych w jednym i trzech wymiarach. Obliczanie wartości średniej wybranych wielkości fizycznych, obliczanie komutatorów, wykreślanie gęstości prawdopodobieństwa dla wybranych układów kwantowych, wyznaczanie energii i odległości poziomów energetycznych dla cząstki w pudle , dla różnych wartości L i m.

Literatura:

Literatura:

1. L. Piela, Idee Chemii Kwantowej, Warszawa, PWN 2021 i wersje wcześniejsze.

2. W. Kołos, Chemia kwantowa, Warszawa, PWN 1978.

3. Notatki z wykładów jako podstawa.

Metody i kryteria oceniania:

Ćwiczenia: Kolokwia pisemne z zakresu poznanej wiedzy oraz z samodzielnych zadań do rozwiązania. Projekty własne w laboratorium.

Egzamin pisemny: Zadania testowe z poznanej wiedzy oraz zadania

rachunkowe z ćwiczeń

niezaliczone -- 0-49 %

dostateczny -- 50-60 %

dostateczny plus -- 61-65 %

dobry - 66-75 %

dobry plus - 76--80 %

bardzo dobry - 81-100 %

Praktyki zawodowe:

Nie dotyczy

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2021/22" (zakończony)

Okres: 2021-10-01 - 2022-02-20
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 25 godzin więcej informacji
Laboratorium, 10 godzin więcej informacji
Wykład, 25 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Maria Barysz
Prowadzący grup: Maria Barysz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie lub ocena
Laboratorium - Zaliczenie lub ocena
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2022/23" (zakończony)

Okres: 2022-10-01 - 2023-02-19
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 25 godzin więcej informacji
Laboratorium, 10 godzin więcej informacji
Wykład, 25 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Maria Barysz
Prowadzący grup: Maria Barysz, Mirosław Jabłoński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie lub ocena
Laboratorium - Zaliczenie lub ocena
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2023/24" (zakończony)

Okres: 2023-10-01 - 2024-02-19
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 25 godzin więcej informacji
Laboratorium, 10 godzin więcej informacji
Wykład, 25 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Maria Barysz
Prowadzący grup: Maria Barysz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie lub ocena
Laboratorium - Zaliczenie lub ocena
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 USOSweb 7.0.3.0-1 (2024-04-02)