Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Chemia kwantowa

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WM-CH-421
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Chemia kwantowa
Jednostka: Wydział Matematyczno-Przyrodniczy. Szkoła Nauk Ścisłych
Grupy:
Strona przedmiotu: https://teams.microsoft.com/l/team/19%3a5762da184bb948df9f8505624017b471%40thread.tacv2/conversations?groupId=2ddd960a-43f2-4acd-b115-2eab3f20d7d6&tenantId=12578430-c51b-4816-8163-c7281035b9b3
Punkty ECTS i inne: 5.00 LUB 4.00 (zmienne w czasie) 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
Dyscyplina naukowa, do której odnoszą się efekty uczenia się:

nauki chemiczne

Poziom przedmiotu:

podstawowy

Symbol/Symbole kierunkowe efektów uczenia się:

kierunek Chemia:


CH1_WO6

CH1_W8

CH1_U03O

CH1_U05


Szacunkowy nakład pracy studenta:


Dla wykładu:

Uczestnictwo w zajęciach 30 godzin

przygotowanie do zajęć 10 godzin

przygotowanie do weryfikacji 14 godzin

konsultacje z 1 godzina

razem 55 godzin

*************************************************************

Dla ćwiczeń:

Uczestnictwo w zajęciach 30 godzin

przygotowanie do zajęć 5 godzin

przygotowanie do weryfikacji 5 godzin

konsultacje z prowadzącym 1 godzina

razem 41 godzin


Wymagania wstępne:

Znajomość zagadnień chemii i fizyki w zakresie szkoły średniej.

Materiał z wykładu " Chemia Ogólna", I rok studiów chemicznych.


Konsultacje: czwartki 13.0 - 14.30.

Skrócony opis:

Poziom przedmiotu: podstawowy

Cele przedmiotu:

* opanowanie podstawowej wiedzy w zakresie chemii kwantowej i obliczeniowych metod.

* Badania struktury elektronowej i właściwości molekularnych przy pomocy współczesnych chemii komputowej.

Wymagania wstępne: kurs fizyki w zakresie szkoły średniej oraz

chemia ogólna z I roku chemii.

Pełny opis:

Treści merytoryczne wykładu:

1.Geneza rozwoju informacji o mikroświecie. Najważniejsze odkrycia i wydarzenia w początkach XX w.w stworzeniu mechaniki kwantowej. Efekt fotoelektryczny, doświadczenie Thomsona, hipoteza de Broglie'a.

2. Klasyczne równanie falowe i równanie Schrödingera.

3. Krótko - o operatorach. Postulaty mechaniki kwantowej.

4. Zasada nieoznaczoności Heisenberga i jej konsekwencje w spektroskopii.

5. Proste modele mechaniki kwantowej.Stopnie swobody. Rodzaje ruchu czastki.Cząstka w pudle jedno- i wielowymiarowym. Poziomy energetyczne i postać funkcji własnych.Pojęcie degeneracji energii.

6. Atom wodoru. Sposób rozwiązywania równania Schrödingera. Orbitale, liczby kwantowe. Kształt orbitali. Funkcja rozkładu radialnego. Średnia i najbardziej prawdopodobna odległość elektronu od jądra.Moment pędu i jego składowe. Wprowadzenie pojęcia spinu.

7. Atomy wieloelektronowe. Orbitale, konfiguracje elektronowe, reguła Paulie'go, reguły Hunda. Koncepcja poziomów energii elektronowej.

8. Cząsteczki dwuatomowe - homo- i heterojądrowe. Schematy poziomów energetycznych.

9.Teoria orbitali molekularnych LCAO. Orbitale typu pi i sigma. Hybrydyzacja.

10.Cząsteczki wieloatomowe. Symetria orbitalna.

11.Wnioski z analizy orbitali molekularnych i gęstości elektronowych; wykonanie obliczeń struktury elektronowej szeregu prostych molekuł przy pomocy programu Gaussian.

12. Problem wybory bazy funkcyjnej w obliczeniach kwantowych.

13.Omówienie procedury "optymalizacja geometrii moleku"ł. Minima lokalne i globalne. Stany przejściowe. Obliczenia parametrów widm w podczerwieni (IR) oraz magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).

14. Omówienie procedury obliczania widm w podczerwieni oraz widm NMR dla cząsteczek.

15. Podsumowanie wykładu: podstawy chemii kwantowej i jej zastosowania.

****************************************

Metody oceny:

- egzamin pisemny

- ciągła ocena w trakcie cotygodniowych ćwiczeń

- wykonywanie obliczeń w domu.

****************************************

Ćwiczenia:

Prowadzone są przy pomocy komputerów::

- Studenci łączą się z komputerem w chmurze Web MO i na każdych zajęciach studenci wykonują odpowiednie obliczenia wg programu Gaussian,

- Studenci zapoznają się z poszczególnymi obliczonymi właściwościami cząsteczek.

- Studenci badają wpływ wyboru metody obliczeń oraz bazy funkcyjnej i porównują parametry obliczone z danymi doświadczalnymi. zapoznając się z poszczególnymi obliczonymi właściwościami cząsteczek.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. W. Kołos, Chemia kwantowa, PWN 1978 (i nowsze wydania)

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

Literatura uzupełniająca:

1. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, PWN 2001

2. D.A. McQuarrie, J.D. Simon, Physical Chemistry: A Molecular Approach, University Science Books, 1997

Efekty kształcenia i opis ECTS:

EK1 - zna podstawowe metody obliczeniowe chemii kwantowej do ustalania struktury związków chemicznych.

EK2 - porównuje różne metody obliczeniowe chemii kwantowej i określa, która z nich będzie odpowiednia do rozwiązania zadanego zagadnienia.

EK3 - jest gotowy do praktycznego wykorzystania metod obliczeniowych chemii kwantowej w celach analizy związków chemicznych.

********************

EK1 - zna podstawowe zasady mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek

EK2 - zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych

EK3 - potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntez .

Ćwiczenia:

Na ćwiczeniach rachunkowych wykorzystujemy program Gaussian (w chmurze) do wykonywania obliczeń kwantowych energii i różnych właściwości cząsteczek organicznych.

*******************************************************

Szczegółowo:

1. Na wykładzie omawiane są jakościowo podstawowe modele chemii kwantowej (cząstka w pudle, oscylator harmoniczny, rotator sztywny), oraz zasada wariacyjna, będąca podstawą rozwiązań przybliżonych.

2. Odtwarzane są rozwiązania równania Schrödingera dla atomu wodoru i jonu molekularnego H2+.

3. Omawiane są podstawowe trzy przybliżenia chemii kwantowej: (a) przybliżenie Borna-Oppenheimera, (b) przybliżenie jednoelektronowe, (c) przybliżenie analityczne czyli pojęcie funkcji bazy.

4. Podstawy metody LCAO MO i Hartree-Focka, obliczanie właściwości molekularnych i widm spektroskopowych IR, UB VIS, NMR

5. Omawiane są metody obliczeniowe chemii kwantowej, znajomość obsługi podstawowych programów komputerowych, wg których można obliczać strukturę elektronową molekuł chemicznych.

6. Stosujemy metody obliczeniowe chemii kwantowej do zagadnień takich jak: analiza orbitali molekularnych, energie orbitalne, optymalizacja geometrii, określanie właściwości fizykochemicznych i charakterystyk spektroskopowych cząsteczek.

Metody i kryteria oceniania:

EK1:

5,0_ weryfikacja wykazuje, że bez uchwytnych niedociągnięć opisuje podstawy

mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek.

4,5_weryfikacja wykazuje, że niemal w pełni opisuje podstawy mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek.

4,0_weryfikacja wykazuje,że w pełni opisuje podstawy mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząsteczek.

3,5_weryfikacja wykazuje, że w znacznym stopniu opisuje podstawy metod obliczeniowych chemii kwantowe., ale nie spełnia kryteriów na wyższą ocenę.

3,0_weryfikacja wykazuje, że w pewnym stopniu lecz niekonsystentnie opisuje podstawy kwantowej., ale nie spełnia kmechanikiryteriów na wyższą ocenę.

2,0_weryfikacja nie wykazuje, że opisuje podstaw metod obliczeniowych chemii kwantowej., ani nie spełnia kryteriów na wyższą ocenę.

EK2:

5,0_weryfikacja wykazuje, żel bez uchwytnych niedociągnięć zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych

4,5_weryfikacja wykazuje, że niemal bez uchwytnych niedociągnięć zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.

4,0_weryfikacja wykazuje, że prawie bez uchwytnych niedociągnięć zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.

3,5_weryfikacja wykazuje, że prawie bez uchwytnych niedociągnięć, lecz w sposób niekonsystentny zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.

3,0_ weryfikacja wykazuje, że w pewnym stopniu, lecz w sposób niekonsystentny zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.

2,0_ weryfikacja nie wykazuje, że zna właściwości związków alifatycznych, aromatycznych, heterocyklicznych i metaloorganicznych.

EK3:

5,0_potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .

4,5_weryfikacja wykazuje, że niemal bez uchwytnych niedociągnięć potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .

4,0_weryfikacja wykazuje, że prawie bez uchwytnych niedociągnięć potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .

3,5_weryfikacja wykazuje, że w znacznym stopniu prawie bez uchwytnych niedociągnięć potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .

3,0_weryfikacja wykazuje, że w pewnym stopniu, lecz w sposób niekonsystentny potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .

2,0_ weryfikacja wykazuje, że nie potrafi krytycznie oceniać i interpretować informacje oraz dane chemiczne, a także dokonywać ich syntezy (t.j. informacje) .

******************************

1. Obecność na wykładach jest obowiązkowa;

2. W czasie trwania wykładów student zobowiązany jest do wykonaniu paru "jobów" na programie Gaussian i wysłanie ich z opisem do sprawdzenie.

3. Egzamin z wykładu pisemny w postaci prostych pytań problemowych.

4. Zaliczenia ćwiczeń wykonywanych przy pomocy komputera na podstawie samodzielnego wykonania zadanego problemu obliczeniowego przy pomocy programu komputerowego w chmurze WEB MO i dokonania jego opisu.

Ocena egzaminu:

Egzamin pisemny obejmuje opracowanie 10 pytań - zagadnień problemowych. Sposób oceny (przybliżony):

Maksymalna ocena z egzaminu wynosi 100 punktów:

Ocena 5,0: wynik od 80 do 100 punktów

Ocena 4,5: wynik od 70 do 80 punktów

Ocena 4,0: wynik od 60 do 70 punktów

Ocena 3,5: wynik od 50 to 60 punktów

Ocena 3,0: wynik od 40 t0 50 punktów

Ocena 2,0: wynik liczba mniejsza od 40 punktów.

Cel - student po zaliczeniu ćwiczeń potrafi wykonać samodzielnie obliczenia struktury elektronowej podanej cząsteczek, opisać je i zinterpretować; niezależnie czy będzie wykonywał prace magisterska jako organik, fizyko-chemik czy nieorganik.

Praktyki zawodowe:

brak

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/21" (zakończony)

Okres: 2020-10-01 - 2021-01-31
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Joanna Sadlej
Prowadzący grup: Joanna Sadlej
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzaminacyjny
E-Learning:

E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy

Typ przedmiotu:

obowiązkowy

Grupa przedmiotów ogólnouczenianych:

nie dotyczy

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

Okres: 2021-10-01 - 2022-01-31
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Joanna Sadlej
Prowadzący grup: Joanna Sadlej
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzaminacyjny
E-Learning:

E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy

Typ przedmiotu:

obowiązkowy

Grupa przedmiotów ogólnouczenianych:

nie dotyczy

Skrócony opis:

* Znajomość podstaw mechaniki kwantowej;

* Prosta teoria orbitali molekularnych LCAO do opisu atomów i molekuł;

* Znajomość współczesnych metod obliczeniowych chemii kwantowej;

* Umiejętność wykonania samodzielnych obliczeń przy pomocy programu - - WEB MO dostępnego w chmurze.

Pełny opis:

Najważniejsze punkty:

1.Przypomnienie o teorii fal elektromagnetycznych i ważnych doświadczeniach.

2.Podstawy nowej fizyki-mechaniki kwantowej; relacja Heisenberga, Boltzmanna, de Broglie'a, równanie Schrodingera, przykłady zadań,

3. Krótkie omówienie modelowych układów na poziomie kwantowym,

4.Pojęcie konfiguracji elektronowej atomów i małych cząsteczek homo i hetero- atomowych.

5.Koncepcja LCAO dla molekuł, metoda Huckle'a,

6. Hamiltonian dla atomu wodoru i molekuły wodoru. Równanie Schrodingera.

7. Podstawowe przybliżenia dla molekuł: Borna-Oppenheimera, funkcje falowe wyznacznikowe, rozwiązanie równań iteracyjne, pojęcie funkcji bazy,

8.Równania HFR, omówienie znaczeń symboli i sensu fizycznego.

9. Pojęcie energii korelacji i metody jej uwzględnienia,(schematycznie),

10.Od początku wykładów studenci wykorzystują system Web MO i program Gaussian w sieci i wykonując obliczenia dla małych molekuł oglądają w outputach poszczególne wielkości:energie orbitalne, geometrię, gęstosci elek.

częstości w podczerwieni, przesunięcia chemiczne NMR.

Literatura:

Podana w opisie ogólnym.

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

Okres: 2022-10-01 - 2023-01-31
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Joanna Sadlej
Prowadzący grup: Joanna Sadlej
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzaminacyjny
E-Learning:

E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy

Typ przedmiotu:

obowiązkowy

Grupa przedmiotów ogólnouczenianych:

nie dotyczy

Skrócony opis:

Opis przedmiotu zawarty jest w części ogólnej.

Pełny opis:

Zawartość wykładu opisana jest w części ogólnej;

Materiał praktyczny na ćwiczeniach wykonywany jest równolegle do materiału na wykładach. Każdy student wykonuje przy pomocy programu Gaussian Web MO w chmurach obliczenia kwantowe dla podanych cząsteczek i analizuje odpowiednią część otrzymanego "autputu". Każdy wykład poświęcony jest odpowiednim właściwościom, które następnie są omawiane.

Konsultacje: poniedziałek 13.0 - 14.30

Literatura:

Literatura podana jest w części ogólnej.

Wymagania wstępne:

Zajęcia z ćwiczeń do chemii kwantowej są wykonywane w pracowni komputerowej. Opisane są szczegółowo w części ogólnej.

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2023/24" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2023-10-01 - 2024-01-31
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: (brak danych)
Prowadzący grup: (brak danych)
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzaminacyjny
E-Learning:

E-Learning

Typ przedmiotu:

obowiązkowy

Grupa przedmiotów ogólnouczenianych:

nie dotyczy

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie.
ul. Dewajtis 5,
01-815 Warszawa
tel: +48 22 561 88 00 https://uksw.edu.pl
kontakt deklaracja dostępności USOSweb 6.8.0.0-5 (2022-09-30)