Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

физико-технический институт

«Московский

(государственный университет)»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе _О. А. Горшков «»_2013 г.

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ В МАГИСТРАТУРУ

ФАКУЛЬТЕТА МОЛЕКУЛЯРНОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

по направлению 010900 «Прикладные математика и физика»

по магистерским программам 010930 «Химическая физика», 010931 «Физика и химия плазмы», 010932 «Физика высокотемпературных процессов», 010933 «Физическая и химическая механика сплошных сред», 010934 «Физика полимеров и композиционных материалов», 010935 «Физика супрамолекулярных систем», 010973 «Физика высоких давлений»

кафедр химической физики, физики организованных структур и химических процессов, физики и химии плазмы, физики высокотемпературных процессов, физической и химической механики, физики и химии наноструктур, физики супрамолекулярных систем и нанофотоники.

Программа обсуждена и одобрена на заседании Ученого совета ФМХФ «27» апреля 2013 г.

Декан факультета _ Грознов И.Н.

Молекулярная и химическая физика 1. Основы квантовой теории многоэлектронных систем. Адиабатическое приближение Борна—Оппенгеймера. Основное и возбужденное состояния атома гелия. Уровни энергии. Основные принципы теории валентности.

2. Электронное строение молекул. Метод молекулярных орбиталей и его применение к двухатомным молекулам. Молекулярный ион водорода и молекула водорода. Понятие о методе самосогласованного поля.

Гибридизация атомных волновых функций.

3. Строение и свойства твердого тела. Природа сил взаимодействия в кристаллах. Колебания и волны в одномерной решетке. Колебания атомов трехмерной кристаллической решетки. Нормальные колебания. Электрон в периодическом поле. Приближение слабо и сильно связанных электронов.

Зоны Бриллюэна. Структура энергетических зон. Локализованные состояния электронов в кристалле.

4. Электронная структура молекул. Возбужденные состояния. Поглощение и испускание света. Флуоресценция и фосфоресценция. Приближения Франка—Кондона и Герцберга—Теллера.

5. Законы фотохимии. Классификация фотохимических реакций.

Фотодиссоциация. Фотоприсоединение. Фотозамещение и фотоперегруппировка. Фотохимические окислительно-восстановительные реакции. Фотохимическая кинетика.

6. Химическая термодинамика и равновесие. Равновесное распределение молекул идеального газа. Распределение Максвелла и распределение Больцмана. Распределение Бозе и Ферми. Статистика Гиббса.

Термодинамические свойства идеальных газов.

7. Мономолекулярные реакции. Механизм активации молекул. Сильные столкновения и ступенчатое возбуждение. Статистическая модель мономолекулярных реакций.

8. Термический распад двухатомных молекул. Обмен энергии при молекулярных столкновениях. Превращение поступательной, вращательной и колебательной энергий при столкновениях. Релаксация по поступательным, вращательным и колебательным степеням свободы.

9. Механизм и скорость химической реакции. Закон действующих масс.

Порядок реакции. Константа скорости. Закон Аррениуса. Кинетика сложных реакций. Обратимые, последовательные, параллельные процессы. Прямая и обратная кинетическая задача. Метод квазистационарных концентраций.

Лимитирующая стадия сложного химического процесса. Кинетика химических реакций в открытых системах. Стационарные режимы.

10. Индуцированные и гомогенно-каталитические реакции. Сопряженные реакции. Фотохимические и радиационно-химические реакции. Механизм гомогенного катализа. Кинетика гомогенно-каталитических реакций.

Список литературы 1. Дементьев А.И., Адамсон С.О. Строение молекул и квантовая химия. М.:

МФТИ, 2. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1974.

3. Пурмаль А.П. А,Б,В… химической кинетики. М.: Академкнига, 4. Чоркендорф И., Наймантсведрайт Х. Современный катализ и химическая кинетика. Долгопрудный: Интеллект, 2010.

5. Денисов Е.Т., Саркисов О.М., Лихтенштейн Г.И. Химическая кинетика. М.:

Химия, 2000.

6. Епифанов Г.И. Физика твердого тела. С-Пб.: Лань, 2010.

7. Келсалл Р., Хэмли А., Георгеган М. Научные основы нанотехнологий и новые приборы. Долгопрудный: Интеллект, 2011.

8. Уманский С.Я. Теория элементарных химических реакций. Долгопрудный:

Интеллект, 2009.

9. Турро Н. Молекулярная фотохимия. М.: Мир, Физические методы исследования 1. Методы измерений: отклонений, разностный, нулевой. Стратегии измерений:

когерентные и случайные выборки, мультиплексирование. Погрешности аналоговых и цифровых измерительных устройств. Систематические и случайные ошибки. Источники ошибок. Помехи, шумы. Характеристики измерительных систем: чувствительность; порог обнаружения; разрешающая способность; динамический диапазон; нелинейность, полоса пропускания.

Контактные и бесконтактные методы измерения температуры. Измерение температуры контактными механическими и электрическими методами.

Термоэлектрические преобразователи; принципы их действия, рабочий диапазон.

Равновесное тепловое излучение. Формула Планка. Яркостная, цветовая и радиационная пирометрия. Источники излучения в различных спектральных диапазонах. Примеры источников равновесного и неравновесного излучения.

Основные характеристики приемников излучения. Физические принципы, лежащие в основе действия тепловых, фотонных, фотохимических и пондермоторных детекторов излучения.

Законы внешнего фотоэффекта. Приемники излучения на основе внешнего фотоэффекта. Приемники излучения на основе внутреннего фотоэффекта.

Фотопроводимость; роль примесей. Шумы и порог чувствительности фоторезисторов. Квантовый выход. Принцип действия фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), коэффициент усиления. Шумы и порог чувствительности ФЭУ. Темновой ток ФЭУ, термоэлектронная эмиссия, закон Ричардсона.

ФЭУ с непрерывным динодом. Электронно-оптические преобразователи.

Приемники излучения для различных спектральных диапазонов.

Метод масс-спектрального анализа. Методы ионизации. Детекторы ионов:

цилиндр Фарадея, вторичный электронный умножитель, многоканальный усилитель. Масс-фильтры. Масс-анализаторы: виды, принципы действия, разрешающая способность, преимущества и недостатки. Аналитические возможности масс-спектрометрии.

Хроматографические методы анализа. Физическая и химическая адсорбция.

Адсорбционно-десорбционное равновесие. Изотермы адсорбции. Изотерма Ленгмюра. Деформация изотермы Ленгмюра в случае реального распределения по энергиям активации. Кинетика адсорбции-десорбции в потоке газа-носителя. Концепция теоретических тарелок. Закон распределения Нернста. Ширина и форма хроматографического пика.

Разрешающая способность хроматографической колонки. Принципиальное устройство и схема работы хроматографа. Мертвое время и время удерживания. Набивные и капиллярные хроматографические колонки, их параметры. Оптимальные размеры и разрешение хроматографической колонки. Детекторы. Зависимость времени удерживания от температуры.

Магнитные моменты электрона, ядер и атомов. ЯМР-активные ядра. Спин в постоянном магнитном поле. Магнитный момент и ларморова прецессия.

Поглощение энергии ВЧ-поля системой ядерных спинов. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса. Химический сдвиг: константа экранирования, единицы измерения, эквивалентные ядра. Спин-спиновое взаимодействие, спектры первого порядка, простые правила интерпретации сверхтонкой структуры. Применение метода ЯМР для изучения структуры молекул. Обменные явления: медленный и быстрый обмен. Принципиальная схема ЯМР-спектрометра.

Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса. Сверхтонкая структуры спектра ЭПР. Структурные и динамические характеристики вещества, определяемые методами ЭПР. Принципиальная схема ЭПРспектрометра. Особенности регистрации сигналов ЭПР: волноводы и резонаторы, низкочастотная модуляция поляризующего магнитного поля, запись спектров в виде производной. Сопоставление частотных диапазонов Классы спектральных приборов: спектроскопы, спектрографы, монохроматоры, полихроматоры. Диспергирующие элементы спектральных приборов: призма, дифракционная решетка, интерферометр. Разрешающая способность диспергирующих элементов. Прохождение света через поглощающую среду. Сечение поглощения, молярный коэффициент экстинкции. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Спектры поглощения, испускания и рассеяния. Люминесценция и флуоресценция. Радиационное время жизни и истинное время жизни возбужденного состояния. Вероятности спонтанных и вынужденных переходов. Правила отбора, дипольное излучение.

Интенсивность спектральных линий. Форма и ширина спектральной линии.

Естественное, доплеровское и столкновительное уширение спектральных линий. Аппаратная ширина линии.

Линейная лазерная спектроскопия. Когерентное оптическое усиление в 10.

активной среде. Пороговая инверсная заселенность уровней. Модовый состав лазерного излучения. Перестройка частоты лазерного излучения. Газовые, твердотельные, жидкостные лазеры. Генерация коротких импульсов: методы модуляции добротности и самосинхронизации мод. Преимущества применения лазеров в качестве источников возбуждения спектра.

Абсорбционный, внутрирезонаторный, оптико-акустический и флуоресцентный методы лазерной спектроскопии.

Спектральные диапазоны и соответствующие им степени свободы в 11.

молекулярных системах. Вращательные спектры и микроволновая спектроскопия. Модель жесткого ротатора. Колебательные спектры и инфракрасная спектроскопия. Гармонический и ангармонический осцилляторы. Колебания многоатомных молекул. Колебательновращательные переходы в двухатомной молекуле. Электронные переходы и спектроскопия в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Интенсивность электронно-колебательных спектров: принцип Франка-Кондона.

Диссоциационный предел спектра. Определение энергии диссоциации.

Спектроскопия комбинационного рассеяния света. Спектральные методы измерения температуры различных степеней свободы (электронная, поступательная, колебательная, вращательная температуры) в неравновесных системах.

Список литературы 1. Франкевич Е.Л. Физические методы исследования. Учебное пособие.

М.: МФТИ., 1986 (ч.1); 1978 (ч.2); 1980 (ч.3).

2. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии.

Структурные методы и оптическая спектроскопия: М.: Высшая школа, 1987.

3. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии.

Резонансные и электрооптические методы. М.: Высшая школа, 1989.

4. Стариковская С.М. Физические методы исследования. Семинарские занятия.

1. Учет погрешностей при обработке результатов измерений. Учебнометодическое пособие. М.: МФТИ, 2003.

5. Стариковская С.М. Физические методы исследования. Семинарские занятия.

2. Электрические цепи. Измерение импульсных сигналов. Учебнометодическое пособие. М.: МФТИ, 2004.

6. Стариковская С.М. Физические методы исследования. Семинарские занятия.

3. Методы измерения давлений. Учебно-методическое пособие. М.: МФТИ, 7. Стариковская С.М. Физические методы исследования. Семинарские занятия.

4. Методы измерения температуры. Учебно-методическое пособие.

М.: МФТИ, 2006.

8. Максимычев А.В. Физические методы исследования. 1. Погрешности измерений. Учебно-методическое пособие. /М.: МФТИ, 2006.

9. Отто М. Современные методы аналитической химии. Т. 1, 2. М.: Техносфера, 10. Драго Р. Физические методы в химии. Т. 1,2. М.: Мир, 1981.

11. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М. Высшая школа, 2002.

12. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000.

13. Попов В.П. Основы теории цепей. – М.: Высшая школа, 2000.

14. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: КомКнига, 15. А.Т.Лебедев. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2003.

16. Родин В.В. Методы магнитного резонанса. Учебное пособие. М.: МФТИ, 17. Чижик В.И. Ядерная магнитная релаксация. СПб.: Изд. С.-Петербургского университета, 2004.

18. Бенуэлл К. Основы молекулярной спектроскопии. М: Мир,