Στοιχεία Μαθήματος
Λεπτομέρειες Μαθήματος
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα πρέπει:
- Να έχει κατανοήσει την κβαντομηχανική περιγραφή της μεταφορικής, της περιστροφικής και της δονητικής κίνησης ενός σωματιδίου.
- Να μπορεί να περιγράψει την ηλεκτρονική δομή των υδρογονοειδών και των πολυηλεκτρονιακών ατόμων, και να εξηγήσει τα αντίστοιχα φάσματα.
- Να έχει αποκτήσει βασικές γνώσεις για την προσέγγιση των μοριακών τροχιακών και για τις μεθόδους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την περιγραφή της δομής των διατομικών και των πολυατομικών μορίων.
- Να έχει κατανοήσει την προέλευση των ατομικών και των μοριακών φασμάτων και των κανόνων επιλογής που τα διέπουν.
- Να μπορεί να επιλέξει τις πλέον κατάλληλες φασματοσκοπικές μεθόδους για την επίλυση ενός συγκεκριμένου ερευνητικού προβλήματος.
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες:
- Ικανότητα να εκτελεί μαθηματικούς υπολογισμούς σε απλά κβαντικά συστήματα και να κατανοεί τις βασικές εφαρμογές της κβαντικής μηχανικής.
- Ικανότητα να προσδιορίζει την ηλεκτρονική δομή ενός ατόμου σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, και να ερμηνεύει τα ατομικά φάσματα.
- Ικανότητα να αναλύει και να ερμηνεύει τα μοριακά φάσματα δόνησης και περιστροφής, και να αντλεί πληροφορίες σχετικές με τις φυσικές ιδιότητες και τη δομή των μορίων.
Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα.
Αρχές και Εφαρμογές της Κβαντικής Μηχανικής. Ιστορική εξέλιξη. Τα αξιώματα της κβαντικής μηχανικής. Αρχές της κβαντικής μηχανικής. Η θεωρία της γωνιακής στροφορμής. Αρχή της απροσδιοριστίας του Heisenberg. Σωματίδιο σε κιβώτιο, αρμονικός ταλαντωτής, άκαμπτος στροφέας.
Ατομική Δομή και Ατομικά Φάσματα. Η δομή και τα φάσματα των υδρογονοειδών ατόμων. Η δομή και τα φάσματα των πολυηλεκτρονιακών ατόμων. Συμβολικοί όροι και κανόνες επιλογής.
Μοριακή Δομή. Μοριακή δομή και χημικοί δεσμοί. Προσεγγιστικές μέθοδοι: μέθοδος των μεταβολών, μέθοδος Hartree-Fock, θεωρία δεσμού σθένους και θεωρία διαταραχών.
Συμμετρία. Συμμετρία των μορίων. Στοιχεία συμμετρίας και διεργασίες συμμετρίας. Εισαγωγή στη θεωρία ομάδων.
Μοριακά Φάσματα Περιστροφής Σταθερά περιστροφής, ροπή αδράνειας και ενεργειακά επίπεδα περιστροφής των διατομικών μορίων. Κανόνες επιλογής περιστροφικών μεταβάσεων. Φασματοσκοπία μικροκυμάτων. Φάσματα περιστροφής πολυατομικών μορίων. Περιστροφικά φάσματα Raman.
Φάσματα Δόνησης των Μορίων. Δονήσεις διατομικών μορίων. Κανόνες επιλογής και φάσματα υπερύθρου διατομικών μορίων. Αναρμονικότητα. Φάσματα δόνησης-περιστροφής. Δονητικά φάσματα Raman. Δονήσεις πολυατομικών μορίων. Κανονικές δονήσεις και συμμετρία. Φάσματα υπερύθρου και δονητικά φάσματα Raman πολυατομικών μορίων. Εφαρμογές της συμμετρίας και της θεωρίας ομάδων στη μοριακή φασματοσκοπία.
- P.W. Atkins and J. de Paula, “Physical Chemistry”, 9th Edition, Oxford University Press, 2010.
- D.A. McQuarrie, J.D. Simon, “Physical Chemistry: A Molecular Approach”, D.A. McQuarrie, J.D. Simon, University Science Books, Sausalito, California, 1997.
- H. Kuhn, H.-D. Forsterling, D.H. Waldeck, “Principles of Physical Chemistry”, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2000.
Παραδόσεις με χρήση Power Point.
- Επίλυση ασκήσεων (10 σειρές) κατά τη διάρκεια του εξαμήνου (50% του τελικού βαθμού)
- Γραπτή εξέταση (50% του τελικού βαθμού).