NKEA05042U Kvantekemi og teoretisk spektroskopi (KemiKS)

Årgang 2013/2014
Engelsk titel

Quantum Chemistry and Theoretical Spectroscopy (KemiKS)

Uddannelse
Bacheloruddannelsen i kemi
Kursusindhold
  • Kvantekemiske begreber og metoder til beregning og fortolkning af molekylers struktur, egenskaber og spektre
  • Matematisk beskrivelse af molekylernes symmetriegenskaber
  • Anvendelse af molekylernes symmetri på den elektroniske struktur af molekyler, på molekylernes spektre og reaktioner
  • Teori af bane- og spin impulsmoment
  • Separation af kerne- og elektronbevægelser (Born-Oppenheimer tilnærmelse)
  • Orbitalbeskrivelse af atomernes og molekylernes elektroniske struktur 
  • Termsymboler af atomer og toatomige molekyler
  • Tilnærmelsesmetoder: variationsmetoden og tidsafhængig perturbationsteori
  • Introduktion til semiempiriske og ab initio beregningsmetoder
  • Spektroskopiske begreber: overgangsmomenter, Einstein koefficienter, udvalgsregler 
  • Teorien for rotations- og vibrationsspektre af toatomige molekyler 
  • Normalkoordinater og rotortyper af fleratomige molekyler
  • Elektroniske spektre: Franck-Condon princippet, oscillatorstyrker, fluorescens og phosphorescens
  • Teorien for kerne- og elektron-magnetisk resonansspektroskopi  (NMR and ESR)
Målbeskrivelser
Kurset overordnede formål er at opnå et overblik over den kvantekemiske beskrivelse af den elektroniske struktur af atomer og simple molekyler, deres spektre og reaktivitet. Når den studerende er færdig forventes den studerende at kunne

Viden:
- beskrive hvordan atomernes og molekylernes egenskaber kan forudsiges fra få gundlæggende fysike love,
- beskrive den elektroniske struktur af atomer og simple molekyler med hjælp af kvantemekanik,
- analysere forskellige typer af spektre af atomer og simple molekyler med hjælp af kvantemekanik,
- udvise overblik over den matematiske beskrivelse af molekylernes symmetriegenskaber og dens anvendelser.

Færdigheder:
- forudsige struktur, egenskaber, spektre og reaktivitet af atomer og simple molekyler,
- udføre simple kvantekemiske udledninger og beregninger.
 
Komptencer:
- anvende kvantekemiske argumenter i diskussion og forudsigelse af egenskaber og reaktioner af atomer og molekyler.
Bliver oplyst på Absalon
Det anbefales at den studerende er fortrolig med indholdet af MatIntro, KemiO, KemiU1, KemiU2, AnvMatKem, KemiBin, AnvSpek og FysKem1.
Forelæsninger og spørgetimer i 7 uger.
Teoretiske og computerøvelser i 7 uger, hvor de studerende forventes at arbejde i små grupper på ugens opgaver eller projekter.
Kollokvier i 7 uger, hvor de studerende giver 5 minutters præsentationer af udvalgte emner fra ugen.
De studerende forventes at udføre computerøvelserne på deres egen laptop.
  • Kategori
  • Timer
  • Eksamen
  • 0,5
  • Forberedelse
  • 112,5
  • Forelæsninger
  • 44
  • Kollokvier
  • 7
  • Teoretiske øvelser
  • 42
  • I alt
  • 206,0
Point
7,5 ECTS
Prøveform
Mundtlig prøve, 30 minutter
uden forberedelse
Hjælpemidler
Uden hjælpemidler
Bedømmelsesform
7-trins skala
Censurform
Ingen ekstern censur
Flere interne bedømmere
Kriterier for bedømmelse
Efter kurset skal den studerende:
  • kunne bestemme symmetri punktgruppen af et givet molekyle og redegøre for dens konsekvenser for den elektroniske struktur, egenskaber, spektre og reaktioner af molekylet.
  • kunne opskrive Hamilton operatoren og Schrödinger ligningen for et givet atom eller molekyle i Dirac notation.
  • kunne redegøre for egenskaber af kvantemekaniske operatorer.
  • kunne redegøre for egenskaber af bane, spin og total impulsmoment af elektroner, kerner, fotoner og deres kobling.
  • kunne redegøre for de forskellige energiniveauer af et molekyle.
  • kunne redegøre for principperne for orbitalbeskrivelsen af den elektroniske struktur af atomer og molekyler.
  • kunne udføre simple kvantemekaniske beregninger med orbitaler.
  • kunne redegøre for termsymboler for atomer og molekyler.
  • kunne beskrive elektroniske energiniveaudiagrammer for atomer og simple molekyler.
  • kunne redegøre for spektroskopiske udvalgsregler og deres udledning med hjælp af tidsafhængig perturbationsteori.
  • kunne redegøre for og have indsigt i rotation og rotation-vibrations spektre af simple molekyler.
  • kunne omsætte mellem spektroskopiske konstanter for rotation-vibration spekter og molekylernes struktur og egenskaber.
  • kunne omsætte mellem elektroniske spektre og tilsvarende potentielle energioverflader og fotokemiske processer.
  • kunne redegøre for de magnetiske egenskaber af elektroner og kerner og deres relation til ESR/EPR og NMR spektroskopi
  • kunne redegøre for simple NMR og ESR/EPR spektre.