Φυσικοχημεία Ι (ΧΜ420)
Δημήτριος Κονταρίδης
Εισαγωγή στην Κβαντική Θεωρία. Κλασική 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 μεταπρώσεις και τα ηλεκτρονικά φάσματα.
Λέξεις Κλειδιά: κβαντική μηχανική, κυματοσυνάρτηση, τροχιακή στροφορμή, ηλεκτρονική δομή ατόμου, ατομικά και μοριακά φάσματα
Εισαγωγή στην Κβαντική Θεωρία. Κλασική 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 μεταπρώσεις και τα ηλεκτρονικά φάσματα.
Λέξεις Κλειδιά: κβαντική μηχανική, κυματοσυνάρτηση, τροχιακή στροφορμή, ηλεκτρονική δομή ατόμου, ατομικά και μοριακά φάσματα
Εισαγωγή στην Κβαντική Θεωρία. Κλασική 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 μεταπρώσεις και τα ηλεκτρονικά φάσματα.
Λέξεις Κλειδιά: κβαντική μηχανική, κυματοσυνάρτηση, τροχιακή στροφορμή, ηλεκτρονική δομή ατόμου, ατομικά και μοριακά φάσματα
Περίγραμμα
Επιδιωκόμενα Μαθησιακά Αποτελέσματα
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα πρέπει:
- Να έχει κατανοήσει τις θεμελιώδεις έννοιες της κβαντικής μηχανικής, όπως η εξίσωση Schr?dinger, η κυματοσυνάρτηση και η φυσική της σημασία, η κβάντωση, και οι αναμενόμενες τιμές.
- 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.
- Να έχει αφομοιώσει τις έννοιες του spin και της τροχιακής στροφορμής και να μπορεί να εξηγήσει το φαινόμενο Zeeman και τη σύζευξη spin-τροχιάς.
- 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.
- 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.
Συνιστώμενη Βιβλιογραφία
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα πρέπει:
- Να έχει κατανοήσει τις θεμελιώδεις έννοιες της κβαντικής μηχανικής, όπως η εξίσωση Schr?dinger, η κυματοσυνάρτηση και η φυσική της σημασία, η κβάντωση, και οι αναμενόμενες τιμές.
- 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.
- Να έχει αφομοιώσει τις έννοιες του spin και της τροχιακής στροφορμής και να μπορεί να εξηγήσει το φαινόμενο Zeeman και τη σύζευξη spin-τροχιάς.
- 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.
- 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.
Εισαγωγή στη Φυσικοχημεία. Βασικές Έννοιες της Φυσικής. Κλασική Μηχανική. Η τροχιά συναρτήσει της ενέργειας. O 2ος νόμος του Νεύτωνα. Μεταφορική και περιστροφική κίνηση.
Κλασική μηχανική και αδυναμίες της. Ακτινοβολία μέλανος σώματος. Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Θερμοχωρητικότητα. Φάσματα ατόμων και μορίων.
Εισαγωγή στην κβαντική θεωρία. Κύματα και κυματικές εξισώσεις. Η δυναμική των μικροσκοπικών συστημάτων. Η εξίσωση Schr?dinger. Ερμηνεία Born για την κυματοσυνάρτηση. Κανονικοποίηση. Κβάντωση.
Πληροφορίες από την κυματοσυνάρτηση. Πυκνότητα πιθανότητας. Τελεστές, ιδιοτιμές και ιδιοσυναρτήσεις. Υπέρθεση και αναμενόμενες τιμές. Η αρχή της απροσδιοριστίας.
Τεχνικές και εφαρμογές μεταφορικής και ταλαντωτικής κίνησης. Σωματίδιο σε κιβώτιο. Αναπαράσταση κυματοσυναρτήσεων. Εκφυλισμός. Σωματίδιο σε κύβο. Φαινόμενο σήραγγας. Ταλαντωτική κίνηση - Ενεργειακά επίπεδα και κυματοσυναρτήσεις. Κανονικοποίηση.
Τεχνικές και εφαρμογές περιστροφικής κίνησης. Περιστροφή σε δύο και τρεις διαστάσεις. Κβάντωση της περιστροφής. Τροχιακή στροφορμή. Χωρική κβάντωση. Η ιδιότητα του spin. Ολική στροφορμή.
Ατομική δομή και ατομικά φάσματα. Υδρογονοειδή άτομα. Κλασική προσέγγιση. Το ατομικό πρότυπο του Bohr. Κβαντομηχανική προσέγγιση. Αλληλεπίδραση Coulomb. Γωνιακή και ακτινική συνιστώσα. Λύσεις.
Τα Ατομικά Τροχιακά και οι ενέργειές τους. Ενεργειακά επίπεδα. Ενέργεια ιονισμού. Στοιβάδες και υποστοιβάδες. Τροχιακά s, p, d. Συναρτήσεις ακτινικής κατανομής. Φασματοσκοπικές μεταπτώσεις. Κανόνες επιλογής.
Η δομή των πολυηλεκτρονιακών ατόμων. Τα άτομα του Ηλίου (He) και του Λιθίου (Li). Η αρχή του Pauli. Θωράκιση και διείσδυση. Διάταξη ενεργειακών επιπέδων. Ενέργειες ιονισμού. Η μέθοδος του αυτοσυνεπούς πεδίου. Τα Φάσματα των πολυηλεκτρονιακών ατόμων. Απλές και τριπλές καταστάσεις. Σύζευξη στροφορμής spin - τροχιάς. Ολική στροφορμή. Λεπτή υφή των φασμάτων. Συμβολισμός καταστάσεων. Ολική τροχιακή στροφορμή. Πολλαπλότητα. Συμβολισμοί και κανόνες επιλογής.
Μοριακή Δομή. Η προσέγγιση Born-Oppenheimer. Η θεωρία δεσμού - σθένους. Ομοπυρηνικά διατομικά μόρια. Πολυατομικά μόρια. Η θεωρία των μοριακών τροχιακών. Γραμμικός συνδυασμός ατομικών τροχιακών. Δεσμικά και αντιδεσμικά τροχιακά. Συμμετρία μοριακών τροχιακών.
Ομοπυρηνικά μόρια. Τροχιακά σ και π. Το ολοκλήρωμα επικάλυψης. Ηλεκτρονιακή δομή ομοπυρηνικών μορίων. Ετεροπυρηνικά διατομικά μόρια. Η αρχή των μεταβολών.
Φάσματα περιστροφής διατομικών μορίων. Ενεργειακά επίπεδα. Φάσμα περιστροφής. Προσδιορισμός μήκους δεσμού. Εφαρμογές της φασματοσκοπίας περιστροφής. Φάσματα δόνησης διατομικών μορίων. Ο αρμονικός ταλαντωτής. Κανόνες επιλογής και φάσματα υπερύθρου. Αναρμονικότητα και διάσπαση μορίων. Λεπτή υφή φάσματος υπερύθρου. Ηλεκτρονικά φάσματα. Ταινίες απορρόφησης ? Αρχή Frank-Condon. Ένταση κορυφών: Νόμος Beer - Lambert.
Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα
Αρ. Επισκέψεων : 0
Αρ. Προβολών : 0
