Chemia kwantowa

Fundamentalne pojęcia mechaniki kwantowej. Stacjonarne równanie Schrödingera - rozwiązania ścisłe. Hamiltonian atomu i cząsteczki. Spin elektronu. Zasada wariacyjna. Uproszczenia stosowane przy rozwiązywaniu równania Schrödingera - metoda Ritza, separacja ruchu jąder i elektronów, przybliżenie jednoelektronowe. Pojęcie orbitalu, LCAO, krzywej energii potencjalnej, poziomu wibracyjnego. Metoda Hartree-Focka. Bazy funkcyjne. Rachunek zaburzeń. Metody uwzględniające korelację elektronową. Elementy teorii funkcjonałów gęstości. Współczesne metody obliczeniowe. Efekty relatywistyczne. Zastosowania metod kwantowochemicznych - stabilność energetyczna atomów i cząsteczek, optymalizacja geometrii cząsteczek, przewidywanie właściwości i reaktywności molekuł.

Cele kształcenia

• Przekazanie podstawowej wiedzy z dziedziny chemii kwantowej umożliwiającej zrozumienie budowy atomów i cząsteczek, ich stabilności, właściwości fizykochemicznych i reaktywności.

• Zapoznanie ze współczesnym warsztatem badawczym chemii kwantowej.

• Wykształcenie umiejętności doboru metody badawczej do danego zagadnienia w zależności od wielkości badanego układu, oczekiwanej dokładności wyników i aktualnych możliwości praktycznych.

• Rozwinięcie umiejętności interpretacji wyników eksperymentalnych za pomocą pojęć kwantowomechanicznych, przyswojenie terminologii używanej w chemii kwantowej.

EFEKTY KSZTAŁCENIA. Po zakończeniu przedmiotu student powinien wykazać się:

• Wiedzą i zrozumieniem w zakresie: pojęć leżących u podstaw mechaniki kwantowej; elementów matematyki wyższej niezbędnych do posługiwania się podstawowymi technikami kwantowomechanicznymi; budowy atomu; tworzenia się wiązań chemicznych; interpretacji właściwości fizykochemicznych w języku chemii kwantowej.

• Umiejętnością sformułowania problemu kwantowochemicznego w formie matematycznej i przeprowadzenia analizy sposobu rozwiązania go.

• Zdolnością doboru właściwej metodologii do opisu problemów z zakresu budowy atomów i cząsteczek, ich właściwości i aktywności chemicznej.

• Umiejętnością interpretacji wyników doświadczalnych oraz formułowania na ich podstawie trafnych wniosków za pomocą pojęć i terminologii chemii kwantowej.

1) L. Piela, Idee chemii kwantowej, PWN, Warszawa, 2006.

2) W. Kołos, J. Sadlej, Atom i cząsteczka, WNT, Warszawa, 1998.

3) A. Gołębiewski, Elementy mechaniki i chemii kwantowej, PWN, Warszawa, 1982.

4) W. Kołos, Chemia kwantowa, PWN, 1978.