[ Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан* _ факультета
(подпись) (И.О.Фамилия)
(дата утверждения) Регистрационный № УД-/р.**
КВАНТОВАЯ ХИМИЯ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ
(название дисциплины) Рабочая программа для специальности***: 1-31 05 01 Химия (по направлениям) 1-31 05 01-01 научно-производственная деятельность 1-31 05 01-01 научно-педагогическая деятельность 1-31 05 01-01 фармацевтическая деятельность 1-31 05 01-01 охрана окружающей среды Факультет химический_ (название факультета) Кафедра _органической химии (название кафедры) Курс (курсы) _ Семестр (семестры) _7_ Лекции 36 Экзамен (количество часов) (семестр) Зачет - Практические (семинарские) (семестр) занятия _6_ (количество часов) Лабораторные Курсовой проект (работа) - (семестр) занятия _18_ (количество часов) КСР (количество часов) Всего аудиторных часов по дисциплине _ (количество часов) Всего часов Форма получения высшего по дисциплине образования _очная_ (количество часов) Составил _А.Н. Рябцев, к.х.н., доцент_ (И.О.Фамилия, степень, звание) 2013 г.* Заведующий общеуниверситетской кафедрой **Регистрируется в деканате факультета/на общеуниверситетской кафедре *** Для программ по естественнонаучным и общепрофессиональным дисциплинам указывается, как правило, код и наименование профиля или направления образования или перечисляются несколько специальностей.
Рабочая программа составлена на основе учебной программы «Квантовая химия и строение молекул»_ (название типовой учебной _ программы (учебной программы (см. разделы 5-7 Порядка)), дата утверждения, регистрационный номер) Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры органической химии (название кафедры).2013 г., протокол № (дата, номер протокола) Заведующий кафедрой Ю.Ю. Козырьков (подпись) (И.О.Фамилия) Одобрена и рекомендована к утверждению учебно-методической (методической) комиссией химического факультета.2013 г., протокол № (дата, номер протокола) Председатель Е.И. Василевская (подпись) (И.О.Фамилия) Пояснительная записка Курс «Квантовая химия и строение молекул», по сути дела, является одним из разделов физической химии, который заключает в себе теоретические основы других разделов химии неорганической, аналитической и органической и, вследствие этого, был выделен как самостоятельная дисциплина.
В этом курсе можно условно выделить две родственные и тесно связанные между собой части, которые читаются в течение двух последовательных семестров.
В первой части этого лекционного курса, в котором рассматриваются главным образом вопросы квантовой химии, студенты знакомятся с основами квантовой теории, математическим аппаратом квантовой механики, решениями простейших квантово-механических задач. Цель этой части курса – дать студенту представление о квантово-механических подходах к теории химической связи, об основных методах расчета атомных и молекулярных систем, а также об основных областях применения квантовой химии.
Эта рабочая программа описывает содержание второй части настоящего курса, в которой рассматриваются преимущественно вопросы строения молекул. При этом основное внимание обращается на зависимость свойств молекул от их электронного строения, на геометрические параметры молекул и симметрию, электрические и магнитные свойства, электронные, колебательные и вращательные состояния молекул. Цель этой части курса – дать студенту представление о взаимосвязи между электронным строением, пространственной конфигурацией и другими свойствами молекул, включая реакционную способность, а также заложить теоретическую основу спектроскопических методов изучения молекулярной структуры. Студент должен знать характеристики, определяющие важнейшие электрические свойства молекул (дипольный момент и поляризуемость), факторы, от которых зависит геометрическая конфигурация молекул, основные положения современных теорий, описывающих строение координационных соединений, а также иметь четкое представление о квантованных вращательных, колебательных и электронных состояниях молекул и их относительных энергиях как источниках информации о молекулярной структуре. Студент должен уметь рассчитывать дипольный момент и поляризуемость простейших молекул на основании экспериментальных данных в рамках метода Дебая, предсказывать геометрическое расположение атомов в простых молекулах и определять их точечную симметрию, рассчитывать длины связей, валентные углы, энергии диссоциации и квазиупругие постоянные двухатомных молекул из вращательных и колебательных спектров, делать заключения о строении молекул на основе простых молекулярных спектров (колебательных, электронных, ядерного магнитного резонанса).
Учебный план предусматривает для второй части данной дисциплины 134 часа, из которых 68 часов приходится на аудиторные занятия. Аудиторные занятия, в свою очередь, делятся на лекционные (36 часов), семинарские/практические/КСР (14 часов) и лабораторные занятия (18 часов). В процессе семинарских занятий прорабатываются наиболее трудные разделы читаемого курса, на практических занятиях студенты под руководством преподавателя решают задачи по соответствующим разделам курса, а на лабораторных занятиях студенты производят обработку экспериментальных результатов (выполняют необходимые расчеты, обрабатывают и интерпретируют спектры и т..д,). Контроль самостоятельной работы студентов может осуществляться в виде контрольных работ, проводимых в рамках практических занятий, а также проверки домашних заданий, которые студенты получают после каждого практического/лабораторного занятия.
Содержание учебного материала Состояния многоэлектронных Геометрическое строение молекулярных орбиталей Строение координационных Электрические свойства молекул реакционная способность Вращательные состояния молекул и вращательные спектры Колебательные состояния Электронные состояния молекул Магнитные свойства молекул и спин-резонансная спектроскопия * Высшие учебные заведения имеют право перераспределять аудиторные часы между разделами и темами типовой учебной программы Учебно-методическая карта Номер раздела, темы, занятия – с макроскопическими характеристиками веществ: диэлектрической рефракций и проницаемостью и показателем преломления. Уравнение Ланжевенарефракций Дебая. Уравнение Клаузиуса-Мосотти. Молярная рефрация; уравнение Лорентца-Лоренца. Эмпирическая схема расчета молярных рефракций реакционная способность молекул Квантово-химическое описание механизмов химических реакций. Теория граничных орбиталей Фукуи. Качественный анализ возможных Согласованные реакции. Симметрия реагентов и продуктов реакций.
Сохранение орбитальной симметрии и корреляционные правила Вудворда-Гофмана для перициклических реакций.
Спектроскопия как один из важнейших подходов к исследованию молекулярной структуры. Квантовомеханическое описание взаимодействия электромагнитного излучения с веществом.
Условия поглощения и правила отбора.
Полная энергия молекулы как сумма электронной, колебательной и вращательной составляющих. Относительные энергии и заселенности квантованных состояний.
вращательные спектры Вращательные состояния молекул. Вращение и вращательные состояния двухатомной молекулы как жесткого ротатора, а также с учетом центробежного растяжения. Вращательные спектры двухатомных молекул ные данные для и информация, получаемая на их основе. Вращение и вращательные состояния многоатомных молекул. Вращательные состояния и спектр симметричного волчка.
колебательные спектры Колебательные состояния молекул. Колебания двухатомных молекул в приближении гармонического осциллятора. Колебания ангармонического вращательные спектры двухатомных молекул.
Колебания многоатомных молекул. Нормальные координаты и нормальные колебания. Классификация нормальных колебаний по симметрии. Приближение групповых колебаний, его обоснование и ограничения. ИК-спектры и спектры комбинационного рассеяния. характеров.
Правила отбора и симметрия колебаний. Структурная информация.
получаемая из колебательных спектров.
Электронные состояния и электронные спектры молекул. Фотофизические процессы, происходящие при поглощении молекулами излучения УФ и видимой области. Принцип Франка-Кондона и колебательная структура Таблицы полос в электронных спектрах. Классификация электронных переходов.
Связь электронных спектров поглощения со строением молекул.
Структурные и сольватационные эффекты. Комплексы с переносом заряда. Информация, получаемая из электронных спектров спектроскопия Магнитные свойства молекул. Магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость вещества. Диамагнитные и парамагнитные вещества.
магнитном поле. Спиновые зеемановские уровни энергии. Условия наблюдения ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Явления релаксации.
Химический сдвиг, его измерение и факторы, определяющие его величину. Значение химического сдвига для получения данных о структуре молекул. Спин-спиновое взаимодействие (ССВ) и тонкая Спектры ЭПР структура спектров ЯМР. Мультиплетность, константы ССВ. Спектры первого порядка и высших порядков. Интерпретация спектров протонного могнитного резонанса. Условия наблюдения электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Взаимодействие электронных и ядерных спинов. Сверхтонкая структура в спектрах ЭПР. Структурная информация, получаемая из спектров ЭПР.
Информационная часть*
ЛИТЕРАТУРА
Основная 1. Бенуэлл К. Основы молекулярной спектроскопии. М.: Мир, 1985.2. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. М.: Мир, 2003.
3. Гиллеспи Р., Харгиттаи И.. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул. М.: Мир, 1992.
4. Заградник Р., Полак Р.. Квантовая химия. М.: Мир, 1979.
5. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР-спектроскопии и массспектрометрии в органической химии (задачник). М.: МГУ, 1977.
6. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. М.: Высшая школа, 1984.
7. Маррел Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Химическая связь. М.: Мир, 1980.
8. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. М.: Высшая школа, 9. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. Ростов-на-Дону:
«Феникс», 1997.
10. Симкин Б.Я, Клецкий М.Е., Глуховцев М.Н.. Задачи по теории строения молекул. Ростов-наДону: «Феникс», 1997.
11. Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Мир, 2001.
12. Фларри Р. Квантовая Химия. М.: Мир, 1985.
13. В.Г. Цирельсон. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы, твердое тело. Бином, 14. Эткинс П. Физическя химия, т. 1,2. М.: Мир, 1982.
15. Atkins P.W., Friedman R.S. Solutions Manual for Molecular Quantum Mechanics. Oxford University Press, 1997.
Дополнительная Ю. Беккер. Мир Химии: Спектроскопия.. Техносфера, М. 2009.
Волков А.И. Метод молекулярных орбиталей. М.: Новое знание, 2006.
Грибов Л.А., Муштакова С.П. Квантовая химия. М.: Мир, 1999.
Драго Р. Физические методы в химии. Т.1,2. М.: Мир, 1981.
Дьюар М. Теория молекулярных орбиталей в органической химии. М.: Мир, 1972.
М.А. Ельяшевич. Общие вопросы спектроскопии. Комкнига, М..2007.
Иоффе Б.В., Костиков Р.Р., Разин В.В. Физические методы определения строения органических соединений (задачник). М.: Высшая школа, 1984.
8. Маррел Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Теория валентности. М.: Мир, 1968.
9. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Квантовая химия органических соединений. М.:
Химия, 1986.
10. Пентин Ю.А., Курамшина Г.М. Основы молекулярной спектроскопии. М.: Мир, Бином, 11. Татевский В.М. Строение молекул. М.: Химия, 1977.
12. Фудзинага С. Метод молекулярных орбиталей. М.: Мир, 1983.
*Приводится перечень основной и дополнительной литературы. Может быть дополнительно приведен перечень лабораторных, практических занятий, тематика семинарских занятий, реферативных работ, тестовые задания, список компьютерных программ, другая значимая информация.
согласования учебной программы по изучаемой учебной дисциплине с другими * При наличии предложений об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине Дополнения и изменения к учебной программе по изучаемой учебной дисциплине на _ / учебный год Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры (протокол № от 2013_ г.) (название кафедры) Заведующий кафедрой _ _ (И.О.Фамилия)
«