Chemická struktura

Sylabus

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. Kapalná scintilace. 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. Hmotnostní spektrometrie. Difrakční metody. Spektra ORD a CD.

Anotace

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.