Karta opisu przedmiotu
Informacje podstawowe
Kierunek studiów chemia
Ścieżka
-Jednostka organizacyjna Wydział Chemii
Poziom kształcenia pierwszego stopnia Forma studiów studia stacjonarne Profil studiów ogólnoakademicki Obligatoryjność obowiązkowy
Cykl kształcenia 2022/23
Kod przedmiotu
UJ.WChCHES.180.5ca75698bdcc7.22 Języki wykładowe
Polski, Angielski
Przedmiot powiązany z badaniami naukowymi Tak
Dyscypliny Nauki chemiczne Klasyfikacja ISCED 0531Chemia
Okres
Semestr 4 Forma weryfikacji uzyskanych efektów uczenia się egzamin
Sposób realizacji i godziny zajęć wykład: 30, konwersatorium: 30
Liczba
punktów ECTS 5.0
Cele kształcenia dla przedmiotu
C1
Celem przedmiotu jest zaznajomienie słuchaczy z podstawami chemi kwantowej, w tym standardowymi
metodami obliczeniowymi chemii kwantowej, podstawowymi przybliżeniami na których te metody są oparte oraz nabycie praktycznej umiejętności związanych z wykonywaniem obliczeń kwantowo-chemicznych i interpretacją uzyskanych wyników.
Efekty uczenia się dla przedmiotu
Kod Efekty w zakresie Kierunkowe efekty
uczenia się Metody weryfikacji Wiedzy – Student zna i rozumie:
W1
dysponuje wiedzą z zakresu podstaw mechaniki kwantowej (geneza i postulaty mechaniki kwantowej;
proste układy modelowe: cząstka swobodna, cząstka w pudle potencjału, bariera potencjału i tunelowanie;
rotator sztywny, atom wodoru) umożliwiającą rozumienie zasadniczych różnic w opisie klasycznym i kwantowym oraz rozumienie zjawisk i procesów fizycznych na poziomie mikroskopowym
CHE_K1_W02 egzamin pisemny,
egzamin ustny, zaliczenie
W2
dysponuje wiedzą z zakresu podstawowych przybliżeń i metod obliczeniowych chemii kwantowej
(przybliżenie Borna-Oppenheimera, zasada wariacyjna i metody wariacyjne; przybliżenie orbitalne, metoda HF, SCF LCAO MO, podstawowe idee metod DFT) oraz podstawowych zasad używania oprogramowania do obliczeń kwantowochemicznych (typowe dane i wyniki obliczeń kwantowochemicznych, bazy
funkcyjne w obliczeniach ab initio, praktyczne aspekty optymalizacji geometrii, opisu struktury elektronowej i reaktywności układów molekularnych)
CHE_K1_W02,
dysponuje podstawową wiedzą pozwalającą na posługiwanie się metodami matematycznymi w zastosowaniu do podstaw mechaniki kwantowej i podstaw chemii kwantowej
CHE_K1_W01 egzamin pisemny,
egzamin ustny, zaliczenie
W4
dysponuje wiedzą z zakresu podstaw chemii kwantowej pozwalającą na posługiwanie się podstawową terminologią stosowaną w chemii kwantowej
dysponuje wiedzą z zakresu podstaw chemii kwantowej pozwalającą na wykorzystane
podstawowych metod kwantowochemicznych do opisu właściwości, struktury i reaktywności układów
chemicznych
CHE_K1_W06 egzamin pisemny,
egzamin ustny, zaliczenie
W6
dysponuje wiedzą z zakresu podstaw chemii kwantowej pozwalajaca na interpretację i dokonywanie opisu procesów i właściwości fizykochemicznych na poziomie molekularnym
CHE_K1_W09
egzamin pisemny, egzamin ustny, zaliczenie
W7
dysponuje wiedzą z zakresu podstaw chemii
kwantowej pozwalającą na stosowanie podstawowych technik i narzędzi badawczych właściwych dla chemii kwantowej
CHE_K1_W10 egzamin pisemny,
egzamin ustny, zaliczenie Umiejętności – Student potrafi:
U1
potrafi na poziomie podstawowym poslugiwać się metodami matematycznymi w mechanice kwantowej i chemii kwantowej; posiada umiejętność
matematycznego opisu oraz zdolność abstrakcyjnego rozumienia podstaw chemii kwantowej; potrafi właściwie interpretować postulaty mechaniki kwantowej i wyciągać z nich wnioski pozwalające na ich zastosowanie w opisie prostych układow modelowych; potrafi interpretować rozwiązania równania Schrodingera dla prostych ukladow modelowych oraz porównać opis klasyczny i kwantowy; potrafi omowić sens fizyczny i głowne idee podstawowych przybliżeń leżących u podstaw metod obliczeniowych chemii kwantowej
CHE_K1_U01
egzamin pisemny, egzamin ustny, zaliczenie
U2
potrafi odnieść nabytą wiedzę z zakresu podstaw mechaniki kwantowej i chemii kwantowej do opanowanej wiedzy z zakresu fizyki, podstaw chemii fizycznej, chemii nieorganicznej i organicznej
CHE_K1_U11 egzamin ustny,
zaliczenie
U3
rozumie konieczność podnoszenia kompetencji zawodowych w kontekście zmian podstawowych teorii fizycznych wraz z rozwojem nauki, a także zmian metod obliczeniowych chemii kwantowej oraz wykorzystywanego oprogramowania, związanych z szybkim rozwojem informatyki i szybkim wzrostem mocy obliczeniowych komputerów
CHE_K1_U16 egzamin ustny,
zaliczenie
Kompetencji społecznych – Student jest gotów do:
K1
dba o jakość i staranność wykonywanych zadań, m.in.
o precyzję sformułowań oraz przejrzystość i porządek logiczny przedstawianych rozwiązań zadań
i problemów oraz przedstawianego formalizmu i rozważań teoretycznych
CHE_K1_K02 egzamin ustny,
zaliczenie
Bilans punktów ECTS
Forma aktywności studenta Średnia liczba godzin* przeznaczonych na zrealizowane rodzaje zajęć
wykład 30
konwersatorium 30
przygotowanie do ćwiczeń 30
przygotowanie do egzaminu 33
uczestnictwo w egzaminie 2
Łączny nakład pracy studenta Liczba godzin
125
ECTS 5.0
Liczba godzin kontaktowych Liczba godzin
60 ECTS
2.0
* godzina (lekcyjna) oznacza 45 minut
Treści programowe
Lp. Treści programowe Efekty uczenia się dla
przedmiotu
1.
Postulaty mechaniki kwantowej; układy modelowe: cząstka w pudle, oscylator harmoniczny, rotator sztywny; atom wodoru i kation H2+; przybliżone metody rozwiązywania równania Schrödingera: metoda wariacyjna; przybliżenie Borna-Oppenheimera, metoda LCAO MO, elementy teorii grup, przybliżenie
jednoelektronowe, metoda Hartree-Focka i jej analityczne sformułowanie, źródła błędów metody HF, struktura elektronowa atomów wieloelektronowych i molekuł dwuatomowych; orbitale atomowe, molekularne, orbitale kanoniczne,
zlokalizowane, naturalne, hybrydyzacja, potencjał jonizacji, twierdzenie
Koopmansa, bazy funkcyjne w metodach ab initio, metody półempiryczne, energia korelacji metody post-HF i DFT – podstawowe idee, dokładność obliczeń
kwantowo-chemicznych, optymalizacja geometrii, hiperpowierzchnia energii potencjalnej, punkty stacjonarne, reakcje chemiczne: termodynamika (energia oddziaływania) i kinetyka (energia aktywacji), kryteria reaktywności chemicznej:
potencjał elektrostatyczny, analizy populacyjne, indeksy rzędów wiązań , teoria orbitali granicznych, elektroujemność, twardość, funkcja Fuku’ego, reguły Woodwarda-Hoffmanna, kanoniczny zespół statystyczny i jego wykorzystanie do obliczania funkcji termodynamicznych.
W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, U1, U2, U3, K1
Informacje rozszerzone
Metody nauczania:
wykład konwersatoryjny, wykład z prezentacją multimedialną, dyskusja, rozwiązywanie zadań
Rodzaj zajęć Formy zaliczenia Warunki zaliczenia przedmiotu
wykład egzamin pisemny,
egzamin ustny
egzamin pisemny (waga 90%) + egzamin ustny (waga 10%); do egzaminu pisemnego (test wyboru) dopuszczone są osoby, które uzyskały zaliczenie z konwersatorium; egzamin ustny mogą zdawać osoby, które zaliczyły egzamin pisemny na ocenę dobry lub wyższą, a także osoby, które uzyskały z konwersatorium ocenę dobry lub wyższą. w terminie "zerowym" egzamin ma formę wyłącznie egzaminu ustnego
konwersatorium zaliczenie
zaliczenie kolokwiów i/lub kolokwium zaliczeniowego; zajęcia konwersatoryjne prowadzone są przez pracowników i doktorantów Zakładu Chemii Teoretycznej oraz Zakładu Metod Obliczeniowych Chemii; zajęcia konwersatoryjne zaliczane są przez osobę prowadzącą konwersatorium.
Wymagania wstępne i dodatkowe
matematyka, fizyka