NKEA05042U Kvantekemi og teoretisk spektroskopi (KemiKS)

Årgang 2019/2020
Engelsk titel

Quantum Chemistry and Theoretical Spectroscopy (KemiKS)

Uddannelse

Bacheloruddannelsen i kemi
Bacheloruddannelsen i nanoscience

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.

Efter kurset har den studerende viden om:

  • hvordan atomernes og molekylernes egenskaber kan forudsiges fra få gundlæggende fysiske love
  • hvordan den elektroniske struktur af atomer og simple molekyler kan beskrives med hjælp af kvantemekanik
  • analysering af forskellige typer af spektre af atomer og simple molekyler med hjælp af kvantemekanik
  • den matematiske beskrivelse af molekylernes symmetriegenskaber og dens anvendelser

Efter kurset har den studerende færdigheder i at:

  • forudsige struktur, egenskaber, spektre og reaktivitet af atomer og simple molekyler
  • udføre simple kvantekemiske udledninger og beregninger.

Efter kurset har den studerende kompetencer til selvstændigt at:

  • anvende kvantekemiske argumenter i diskussion og forudsigelse af egenskaber og reaktioner af atomer og molekyler.
Undervisningsmateriale

Bliver oplyst på Absalon

Det anbefales at den studerende er fortrolig med indholdet af de obligatoriske kurser på første år af bacheloruddannelsen i Kemi eller Nanoscience. Desuden forventes der kvalifikationer indenfor termodynamik.
Blended Learning:
1) Videos af forelæsninger tidligere holdt af læreren
2) Studerende aktiverende holdundervisning/​spørgetimer, hvor de studerende arbejder i små grupper på ugens obligatoriske afleveringsopgaver eller projekter.
De ugentlige afleveringsopgaver/​projekter kan bestå af
a) teoretiske regneøvelser
b) resultater fra computerøvelser, som de studerender udfører på deres egen laptop
c) skriftlige præsentationer af et emne fra kurset
d) korte videos med præsentation af et emne fra kurset, som de studerende producerer med deres smartphones i løbet af ugen
  • Kategori
  • Timer
  • Eksamen
  • 0,5
  • E-læring
  • 42
  • Forberedelse
  • 65,5
  • Holdundervisning
  • 28
  • Projektarbejde
  • 28
  • Teoretiske øvelser
  • 42
  • I alt
  • 206,0
Mundtlig
Individuel
Løbende feedback i undervisningsforløbet
Feedback ved afsluttende eksamen (ud over karakteren)
Point
7,5 ECTS
Prøveform
Mundtlig prøve, 20 minutter
Skriftlig aflevering
Eksamen består af 2 delprøver.
1) 20 minutters mundtlig prøve uden forberedelse, som bedømmes med 7-trin skala.
2) 5 ud af de 7 ugentlige gruppeafleveringsopgaver og 6 ud af de 7 ugentlige video/skriftlige gruppeopgaver skal være blevet godkendt i løbet af kurset.
Begge delprøver skal bestås hver for sig selv, men den endelige karakter fastsættes på baggrund af den mundtlige eksamen.
Hjælpemidler
Uden hjælpemidler
Bedømmelsesform
7-trins skala
Censurform
Ingen ekstern censur
Flere interne bedømmere
Reeksamen

Reeksamen foregår som den regulære eksamen.

Ikke godkendte afleveringsopgaver eller video/skriftlige opgaver fra kurset kan dog genafleveres senest 2 uger før reeksamen.

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.