Στοιχεία Μαθήματος
Φυσικοχημεία
Το μάθημα δεν θα διδαχθεί σε αυτό το εξάμηνο
Λεπτομέρειες Μαθήματος
1. Να έχει κατανοήσει τις θεμελιώδεις έννοιες της κβαντικής μηχανικής, όπως η εξίσωση Schrödinger, η κυματοσυνάρτηση και η φυσική της σημασία, η κβάντωση, και οι αναμενόμενες τιμές.
2. Να έχει κατανοήσει την κβαντομηχανική περιγραφή της μεταφορικής, της περιστροφικής και της δονητικής κίνησης ενός σωματιδίου, και να μπορεί να συζητήσει τις αντίστοιχες κυματοσυναρτήσεις και τα ενεργειακά επίπεδα.
3. Να έχει αφομοιώσει τις έννοιες του spin και της τροχιακής στροφορμής και να μπορεί να εξηγήσει το φαινόμενο Zeeman και τη σύζευξη spin-τροχιάς.
4. Να έχει καταλάβει τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κβαντική μηχανική για την περιγραφή της ηλεκτρονικής δομής των υδρογονοειδών και των πολυηλεκτρονιακών ατόμων.
5. 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.
6. Να έχει κατανοήσει την προέλευση των ατομικών και των μοριακών φασμάτων και των κανόνων επιλογής που τα διέπουν.
7. Να έχει εξοικειωθεί με τις αρχές της Στατιστικής Θερμοδυναμικής. Να έχει κατανοήσει την έννοια των στατιστικών συνόλων στη βάση της αξιωματικής θεμελίωσης της θερμοδυναμικής κατά Καραθεοδωρή, και τη μεγάλη σημασία τους στον υπολογισμό θερμοδυναμικών ιδιοτήτων.
8. Να μπορεί να χρησιμοποιεί τις αρχές της Στατιστικής Θερμοδυναμικής ώστε να εκτιμά τις μακροσκοπικές θερμοδυναμικές και φυσικοχημικές ιδιότητες ενός ιδανικού συστήματος στο δεδομένο στατιστικό σύνολο, ιδιαίτερα στο NVT, από την γνώση λίγων δεδομένων γι’αυτό σε μοριακό επίπεδο.
9. Να έχει εμβαθύνει στην έννοια της κατανομής Boltzmann και των προεκτάσεων αυτής στις Φυσικές επιστήμες.
10. Να κάνει χρήση των αρχών της Στατιστικής Θερμοδυναμικής με σκοπό τον υπολογισμό της σταθεράς ισορροπίας μιας χημικής αντίδρασης ισορροπίας.
11. Να μπορεί να χρησιμοποιεί τις αρχές της Στατιστικής Θερμοδυναμικής ώστε να εκτιμά τις θερμοδυναμικές ιδιότητες περίσσειας ενός μη ιδανικού συστήματος, από την γνώση της διαμοριακής ενέργειας ζευγών (μοντέλο σκληρών σφαιρών, μοντέλο τετραγωνικού πηγαδιού, μοντέλο Lennard-Jones).
Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές πρέπει να είναι έχουν αποκτήσει τις ακόλουθες γενικές ικανότητες:
- Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
- Αυτόνομη εργασία
- Παράγωγή νέων ερευνητικών ιδεών
- Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Απαιτούνται στοιχειώδεις γνώσεις μαθηματικών (μιγαδικοί αριθμοί, απλές διαφορικές εξισώσεις, παράγωγοι και ολοκληρώματα).
Εισαγωγή στην Κβαντική Θεωρία. Κλασσική Μηχανική και αδυναμίες της. Η δυναμική των μικροσκοπικών συστημάτων. Αρχές της Κβαντικής Μηχανικής.
Τεχνικές και Εφαρμογές. Μεταφορική κίνηση. Δονητική κίνηση. Περιστροφική κίνηση.
Ατομική Δομή και Ατομικά Φάσματα. Δομή και φάσματα υδρογονοειδών ατόμων. Τα ατομικά τροχιακά και οι ενέργειές τους. Δομή και φάσματα πολυηλεκτρονιακών ατόμων. Συμβολισμός ατομικών καταστάσεων και κανόνες επιλογής. Επίδραση εξωτερικών δυναμικών πεδίων.
Μοριακή δομή και μοριακά φάσματα. Θεωρία μοριακών τροχιακών. Το ιόν του μοριακού υδρογόνου. Δομή διατομικών μορίων. Δομή πολυατομικών μορίων. Φάσματα περιστροφής διατομικών και πολυατομικών μορίων. Φάσματα δόνησης διατομικών μορίων. Εισαγωγή στις ηλεκτρονικές μεταπτώσεις και τα ηλεκτρονικά φάσματα.
Στατιστική Θερμοδυναμική. Εισαγωγή στη Στατιστική Θερμοδυναμική. Σκοπός και βασικές έννοιες. Θερμοδυναμική ισορροπία. Στατιστικά σύνολα ισορροπίας NVE και NVT. Κανονικό άθροισμα μικρο-καταστάσεων. Κατανομή πληθυσμών κατά Boltzmann και εφαρμογές.
Κανονικό στατιστικό σύνολο (NVT) και ιδανικά συστήματα. Μοριακό άθροισμα μικρο-καταστάσεων, οι συνιστώσες του (μεταφορική, περιστροφική, δονητική, ηλεκτρονιακή) και ο υπολογισμός τους. Εφαρμογές στην εξαγωγή θερμοδυναμικών ιδιοτήτων. Διακυμάνσεις. Τρίτος θερμοδυναμικός νόμος και υπολειπόμενες εντροπίες. Υπολογισμός σταθερών χημικής ισορροπίας. Εφαρμογή σε αντιδράσεις διάσπασης.
Κανονικό στατιστικό σύνολο (NVT) και μη ιδανικά συστήματα. Ημικλασσικό άθροισμα καταστάσεων. Ολοκλήρωμα απεικονίσεων. Εφαρμογές στην εξαγωγή θερμοδυναμικών ιδιοτήτων περίσσειας μη ιδανικών συστημάτων. Εξαγωγή της εξίσωσης virial για πραγματικό αέριο.
Χρήση Η/Υ και video projector
Χρήση ιστοσελίδων
Αναζήτηση δεδομένων στο διαδίκτυο ή στην βιβλιογραφία
Οργάνωση Διδασκαλίας
|
Δραστηριότητα |
Φόρτος Εργασίας Εξαμήνου |
|---|---|
|
Διαλέξεις |
78 |
|
Μελέτη & ανάλυση βιβλιογραφίας |
90 |
|
Εξετάσεις |
9 |
Συνολικός Φόρτος Εργασίας (ECTS Standards):
Γλώσσα αξιολόγησης είναι η Ελληνική.
Η αξιολόγηση περιλαμβάνει:
- Τρείς προαιρετικές, απαλλακτικές προόδους
- Τελική γραπτή εξέταση
Τα κριτήρια αξιολόγησης αναφέρονται ρητά στο φύλλο μαθήματος στον Οδηγό Σπουδών.
- P. Atkins, J. de Paula “Φυσικοχημεία”, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2014.
- Στέφανος Τραχανάς, “Στοιχειώδης Κβαντική Φυσική”, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2012.
- Βλάσης Μαυραντζάς, “Στατιστική Θερμοδυναμική”, Εκδόσεις Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου (ΕΑΠ).
- Ι.Δ. Βέργαδος και Η.Σ. Τριανταφυλλόπουλος, “Στατιστική Θερμοδυναμική”, Εκδόσεις Συμεών, 1991.