Chemical Structure - MC260P122

• Title: Chemická struktura
• Czech title: Chemická struktura
• Guaranteed by: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2022
• Semester: summer
• E-Credits: 4
• Examination process: summer s.:
• Hours per week, examination: summer s.:3/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Explanation: 11.1.2023 změna garanta (úmrtí)
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: doc. RNDr. Filip Uhlík, Ph.D.
• Teacher(s): doc. RNDr. Lukáš Grajciar, Ph.D.; RNDr. Martin Srnec, Ph.D.; doc. RNDr. Filip Uhlík, Ph.D.
• Incompatibility : MC260P09

Annotation

English

Last update: doc. RNDr. Filip Uhlík, Ph.D. (22.02.2023)

The lecture provides an explanation of basic principles for description of electronic structure of atoms, molecules and chemical bond, and introduction to quantum-chemical basics of experimental methods suitable for study of molecular structure. The knowledge acquired in this course is useful for further, more specialized, lectures. Previous knowledge of mathematics, physics and chemistry corresponding to the second year of study is necessary.

Czech

Last update: prof. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D. (03.02.2021)

Cílem kurzu je seznámit posluchače bakalářského studia se základy kvantové mechaniky a jejich použití v chemii, zejména pro popis elektronové struktury atomů a molekul, chemické vazby, chemické reaktivity a spekroskopických měření. Získané poznatky studenti využijí v řadě speciálních přednášek v dalším průběhu bakalářského studia i v navazujícím magisterském studiu. Předpokládá se, že student ovládá základní pojmy z matematiky, fyziky a chemie na úrovni druhého ročníku a že je schopen rozvíjet znalosti získané v předmětech Obecná chemie nebo Chemické principy.
V přednášce jsou probrány základní postuláty kvantové mechaniky a je naznačena jejich aplikace na kvantově chemické problémy. Studenti se seznámí s kvantově chemickým popisem různých typů vazeb, včetně slabých mezimolekulových interakcí. V poslední části kurzu se studenti seznámí s kvantově-mechanickou interpretací základních spektroskopických metod vhodných ke studiu struktury molekul a kondenzované fáze.

Literature

Last update: doc. RNDr. Filip Uhlík, Ph.D. (24.03.2023)

J. Fišer a P. Nachtigall: Chemická struktura, 2019.

P. W. Atkins: Fyzikální chemie, 9. vydání, kapitoly 7-14, 17-19, 2013.

Prezentace z přednášek a další materiály jsou dostupné na https://drive.google.com/drive/folders/1g517VQz9faqMNgVSl-LHApdIL0D02gXS nebo na http://www.srneclab.cz/index.php?id=teaching

Příklady na cvičení jsou dostupné na http://11c.cz/s

Requirements to the exam

Last update: doc. RNDr. Filip Uhlík, Ph.D. (14.02.2023)

Zkoušku může skládat jen student, který má zápočet ze cvičení. Zápočet ze cvičení student získá, pokud napíše testy v polovině a na konci cvičení celkově alespoň na 50%. Zkouška se skládá z povinné písemné a možné ústní části. Pokud z písemné části získá <50% neuspěl, pokud >=50% ale <70% má klasifikaci z písemné části 3, pokud >=70% ale <85% má klasifikaci z písemné části 2, jinak má klasifikaci z písemné části 1. Pokud chce student výslednou klasifikaci lepší než z písemné části nebo chce klasifikaci 1, musí projít ještě ústní částí. Rozsah znalostí potřebných ke zkoušce je dán sylabem.

Syllabus

Last update: prof. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D. (03.02.2021)

1. Stavba atomu

Postuláty kvantové mechaniky (souhrn). Jednoelektronové atomy a ionty. Model nezávislých elektronů. Nástin metody SCF. Atom helia. Variační princip.Vektorový model atomu a spektroskopická symbolika. Hundova pravidla, spinorbitální interakce. Pauliho princip. Atomová spektra.

2. Chemická vazba ve dvouatomových molekulách

Bornova-Oppenheimerova aproximace. Hyperplochy potenciální energie. Metoda valenční vazby. Metoda molekulových orbitalů (MO). Prvky a operace symetrie. Klasifikace MO a elektronová spektra dvouatomových molekul. MO a fotoelektronová spektra. Spektroskopická symbolika pro dvouatomové molekuly.

3. Elektronová struktura víceatomových molekul a vazby v pevných látkách

Lokalizované a delokalizované MO. Metoda MO LCAO. Hybridní orbitaly. Klasifikace MO a celkových elektronových stavů nelineárních molekul. Hückelova metoda MO.Teorie krystalového a ligandového pole. Jahnův-Tellerův jev. Molekuly s nadbytkem a deficitem elektronů. Princip zachování orbitalové energie při chemických reakcích. Slabé mezimolekulové interakce. Typy chemických vazeb v krystalech. Klastry.

4. Struktura molekul a molekulová spektra

Přehled metod studia molekulové struktury a jejich použití. Absorpční a emisní spektra. Populace stavů, šířka spektrálních čar a doba života excitovaných stavů. Výběrová pravidla pro spektrální přechody. Rotační spektra. Vibrace dvouatomových molekul. Vibračně rotační spektra. Vibrace víceatomových molekul. Infračervená spektra (IČ) a molekulová struktura. Lineární dichroismus a polarizace pásů v IČ spektrech. Ramanův jev a Ramanova spektra. Elektronická spektra. Franckův-Condonův princip. Závislost poloh pásů a barevnosti na chemické struktuře. Deaktivace elektronově excitovaných stavů. Fluorescenční spektra. Fotoelektronová spektroskopie. Stimulovaná emise záření. Lasery. Spektra NMR. Chemický posun, spin-spin interakce, relaxační procesy. NMR spektra a struktura molekul. Spektra ESR. g-faktor, hyperjemná struktura. Spektra ORD a CD.