Předmět Kvantová chemie a molekulová spektroskopie (C9550)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu C9550 - Kvantová chemie a molekulová spektroskopie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita (MU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Na konci kurzu budou studenti rozumět souvislostem mezi elektronovou strukturou a spektroskopiskymi parametry molekul. Budou schopni interpretovat jednoducha spektra rotacni, vibracni, elektronova, elektronova paramagneticka a jaderna magneticka.

Osnova

1. Principy molekulové spektroskopie.1.1 Úvod1.1.1 Význam pojmu spektroskopie1.1.2 Emise, absorpce, stimulovaná emise a rozptyl záření.1.1.3 Oblasti vlnových délek EM záření a druhy molekulových excitací.1.2 Šířka linií1.2.1 Spektrální rozlišení1.2.2 Přirozená šířka linií (z Heisenbergových relací neurčitosti)1.2.3 Dopplerovské rozšíření, rozšíření vlivem tlaku, redukce rozšíření1.3 Intenzita linií1.3.1 Populace hladin při spontánní emisi, absorpci, a stimulované emisi1.3.2 Stacionární stav1.3.3 Intenzita linií pro absorpci2. Kvantověmechanické základy molekulové spektroskopie2.1 Postuláty kvantové mechaniky2.1.1 Postulát o vlnové funkci2.1.2 Postulát o operátorech2.1.3 Postulát o střední hodnotě veličiny2.1.4 Postulát o časově závislé Schrödingerově rovnici2.2 Stacionární stavy2.3 Princip výběrových pravidel: Pojem přechodového momentu3. Rotační spektra3.1 Rotace částice3.1.1 Postup řešení Schrödingerovy rovnice pro částici na kruhu3.1.2 Rozšíření pro částici na sféře, vztah řešení k atomovým orbitalům3.2 Přechod od částice k tuhému rotátoru3.2.1 Kinetická energie rotující molekuly (klasicky)3.2.2 Klasifikace molekul z hlediska symetrie3.3 Volný lineární rotátor3.3.1 Tuhý rotátor: Hladiny energie a jejich degenerace3.3.2 Odvození výběrových pravidel3.3.3 Rozdíly mezi hladinami energie, vliv degenerace a Boltzmannovské distribuce3.3.4 Příklad: Hladiny energie, degenerace, populace, a vzhled spektra pro CO3.3.5 Aplikace rotační spektroskopie, detekce molekul v mezihvězdném prostoru3.3.6 Netuhý rotátor4. Vibrační spektra4.1 Harmonický oscilátor4.1.1 Newtonova pohybová rovnice4.1.2 Schrödingerova vlnová rovnice vibrační hladiny energie4.1.3 Tvar zkušební funkce, princip rekurzního vztahu4.1.4 Původ kvantování, hladiny energie a vlnové funkce4.2 Vibrace dvouatomových molekul4.2.1 Harmonický vs. Morseho potenciál:4.2.2 Výběrová pravidla pro harmonické a anharmonické vibrace4.2.3 Rotační struktura vibračních spekter, příklad: HCl4.3 Vibrace polyatomických molekul na příkladu CO24.3.1 Kartézské výchylkové souřadnice, pohybové rovnice4.3.2 Hmotnostně vážené výchylkové souřadnice, pohybové rovnice4.3.3 Vibrační sekulární rovnice, výpočet vlastních hodnot4.3.4 Vlastní vektory a pojem normálního módu4.3.5 Pojem normálních souřadnic5. Elektronová spektra5.1 Elektronová spektra dvouatomových molekul5.1.1 Born-Oppenheimerova aproximace5.1.2 Franck-Condonův princip (“Výběrová pravidla pro elektronové přechody”)5.2 Hückelova teorie molekulových orbitalů (HMO)5.3 Fotoelektronová spektra5.3.1 Princip fotoelektronové spektroskopie5.3.2 Fotoelektronová spektra atomů5.3.3 Fotoelektronová spektra molekul: korelace s HMO orbitálními energiemi5.4 Elektronová spektra víceatomových molekul5.4.1 Elektronové excitace π→π* a n→π* v molekule HCOH5.4.2 Elektronová spektra aromatických uhlovodíků, vztah k rozložení náboje6. Elektronová paramagnetická rezonance (EPR)6.1 Kvantověmechanický popis spinu6.1.1 Operátory a vlastní funkce spinu6.1.2 Vektorový model spinu v magnetickém poli6.2 Přechody mezi vlastními stavy6.2.1 Hladiny energie a přechody v přítomnosti magnetického jádra6.2.2 Techniky pro sledování přechodů.6.3 Spinový Hamiltonián a jeho parametry6.3.1 g-hodnota a g-tenzor6.3.2 Hyperjemná štěpící konstanta a A tenzor6.3.3 Jemné štěpení v nulovém poli6.4 Spinový Hamiltonián a struktura molekul6.4.1 Spinová populace a spinová hustota6.4.2 Spinová polarizace6.4.3 McConnelův vztah pro  protony v organických  radikálech: rozložení spinu6.4.4 McConnelův vztah pro  protony: míra pyramidalizace7. Nukleární magnetická rezonance (NMR)7.1 Vlastní hodnoty energie a výběrová pravidla7.2 NMR spinový Hamiltonián a jeho parametry7.3 Základní pravidla pro přiřazení multipletů7.4 Strukturní závislost spin-spinové interakce: Karplusova rovnice8. Princip výběrových pravidel8.1 Vlnová funkce jako kombinace dvou stavů, mísící koeficienty8.2 Úprava Schrödingerovy rovnice v přítomnosti časově závislé poruchy8.3 Přechod pro periodickou poruchu8.3.1 Závislost na dvojici stavů, přechodový moment8.3.2 Závislost na frekvenci poruchy

Literatura

doporučená literaturaHOLLAS, J. Michael. Modern spectroscopy. 4th ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2004. xxvii, 452. ISBN 0-470-84416-7. infoneurčenoATKINS, P. W. a Ronald S. FRIEDMAN. Molecular quantum mechanics. 5th ed. New York: Oxford University Press, 2011. xiv, 537 p. ISBN 9780199541423. infoCELÝ, Jan. Základy kvantové mechaniky pro chemiky. II, Aplikace. 1. vyd. Brno: Rektorát UJEP, 1983. 161 s. infoLEVINE, Ira N. Molecular spectroscopy. New York: Wiley, 1975. x, 491 p. ISBN 0471531286. info

Požadavky

Absolvování přednášky C9920.

Garant

doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.

Vyučující

doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.Cina Foroutannejad, Ph.D.