C9550 Kvantová chemie a molekulová spektroskopie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2014
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
Cina Foroutannejad, Ph.D. (pomocník)
Garance
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Čt 8:00–9:50 C12/311
Předpoklady
Absolvování přednášky C9920.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 11 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
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. Spontánní emise, absorpce, stimulovaná emise a rozptyl záření. Oblasti vlnových délek EM záření a druhy molekulových excitací. Přirozená šířka linií a způsoby ovlivnění šířky linií ve spektru. Intenzita linií: populace hladin při spontánní emisi, absorpci a stimulované emisi. Celková bilance pro stacionární stav. Intenzita linií pro absorpci v různých oblastech spektra. 2. Rotační spektra. Částice na kruhu v popisu kvantové mechaniky. Původ kvantování hladin energie. Dovolené energiové hladiny pro částici na sféře. Přechod od částice k molekule: rotační hladiny energie pro tuhý rotátor. Klasifikace rotátorů z hlediska momentu strevačnosti. Dovolené hladiny energie pro volný lineární rotátor a jejich vzdálenosti. Intenzity linií, vzhled rotačního spektra a jeho využití. Starkův efekt, netuhý rotátor. 3. Vibrační spektra dvouatomových molekul. Harmonický oscilátor a jeho kvantově-mechanický hamiltonián. Způsob řešení příslušné Schrödingerovy rovnice a princip rekurzního vzroce. Kvantované hladiny energie a vlnové funkce. Dvouatomové molekuly v popisu harmonického a anharmonického oscilátoru. Anharmonický oscilátor-rotátor. Vzhled vibračně-rotačních spekter pro dvouatomové molekuly. 4. Vibrační spektra polyatomických molekul. Výpočet lineární vibrace molekuly CO2. Obecné řešení vibrace. Odchylka systému N atomů z rovnovážné polohy – popis potenciální energie, úloha o hledání vlastních hodnot. Výběrová pravidla pro infračervená spektra a pro Ramanova spektra. 5. Elektronová spektra.Born-Oppenheimerova aproximace oddělení pohybu elektronů a jader. Franck-Condonův princip výběrových pravidel pro elektronové přechody. Intenzita linií v závislosti na překryvu elektronových funkcí základního a excitovaného stavu. Elektronová spektra víceatomových molekul: formaldehyd a benzen. Fotoelektronová spektroskopie. 6. Elektronová paramagnetická rezonance: Principy. Operátory a vlastní funkce spinu. Spiny v magnetickém poli. Přechody mezi vlastními stavy.Techniky pro sledování přechodů. Hladiny energie v přítomnosti magnetického pole, nepárového elektronu a magnetického jádra. g-faktor a hyperjemná štěpící konstanta. Pojmy spinová hustota a spinová polarizace. 7. Elektronová paramagnetická rezonance: Aplikace. Souvislosti mezi strukturou a hyperjemným štěpením pro organické radikály. McConnellovy vztahy pro-protony a -protony, hyperkonjugace, -pravidlo. Vztah mezi poměrem štěpících konstant - a -protonů a neplanaritou radikálového centra. Jádro 13C: Karplus-Fraenkelův vztah. Souvislosti mezi strukturou a hyperjemným štěpením pro pro komplexy přechodových kovů. 8. Nukleární magnetická rezonance (NMR). Vlastní hodnoty energie a výběrová pravidla. Klasický popis NMR. Vysoce rozlišená NMR v kapalinách. Vliv dynamických efektů na NMR spektra. NMR pulzní fourrierovsky transformovaná spektroskopie. Chemický posuv. Spin-spinová interakce a pravidla pro multiplety. 9. Původ výběrových pravidel. Časově závislá poruchová teorie. Tvar vlnové funkce jako kombinace základního a excitovaného stavu, pravděpodobnost přechodu v případě periodické poruchy, význam pojmu přechodový moment. Princip výběrových pravidel.
Literatura
    doporučená literatura
  • HOLLAS, J. Michael. Modern spectroscopy. 4th ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2004, xxvii, 452. ISBN 0470844167. URL info
Výukové metody
Přednášky
Metody hodnocení
Písemná zkouška formou testu a následující ústní pohovor. Z celkového počtu 40 bodů je pro úspěšné absolvování nutné získat minimálně 20 bodů.
Navazující předměty
Informace učitele
http://www.chemi.muni.cz/nmr/radek/C9950/index.html
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2013, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.