Тема 9. «Методы расчета электронного строения молекул. Уравнение Шредингера»

 

1. Тема и ее актуальность. Современная теория химической связи одновременно есть и теория строения молекул и кристаллов. Так же, как и теория строения атомов, она базируется на квантовой механике: молекулы, как и атомы, построены из ядер и электронов, и теория химической связи должна учитывать корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц.

 Квантово-механический подход к исследованию атомов и молекул один и тот же: нужно составить и решить уравнение Шредингера для системы из электронов и ядер и дать физическую интерпретацию полученным решениям. Для водородоподобного атома решение уравнения Шредингера позволяет вычислить энергии его возможных состояний, объяснить атомный спектр, определить среднее расстояние электрона от ядра, распределение электронной плотности и т.п.

Решив уравнение Шредингера для молекулы, можно получить ее равновесное строение, набор уровней энергии и все связанные с этим характеристики молекулы, что позволяет прийти к определенным выводам о том, как возникает химическая связь.

2. Учебные цели: рассмотреть методы расчета электронного строения молекул, научиться решать уравнение Шредингера

 

Для формирования профессиональных компетенций обучающийся должен знать:

- уравнение Шредингера

- основы квантовой механики

- теорию химической связи

 

Для формирования профессиональных компетенций обучающийся должен вла -деть и уметь:

     - навыками решения сложных физических уравнений

     - рассчитывать энергетические уровни молекул

     - и овладеть следующими компетенциями: ОК5, ОПК7

3. Материалы для самоподготовки к освоению данной темы:

Вопросы для самоподготовки:

1. Что изучает квантовая механика?

2. Что такое волновое уравнение? Что оно описывает?

3. Уравнение Шредингера? Что оно описывает?

4. Что такое волновая функция, каков ее физический смысл?

5. Для каких молекулярных систем уравнение Шредингера решаемо?

4. Вид занятия: практическое занятие,

5. Продолжительность занятия: 2 часа

Оснащение:

6.1. Дидактический материал;

6.2. ТСО.

 

7. Структура занятия:

7.1. Организационный этап - проверка готовности группы к занятию внешний вид, отметка присутствующих, ознакомление с

планом работы.

7.2. Контроль исходного уровня знаний обучающихся с применением тестов.

7.3. Ознакомление обучающихся с содержанием занятий. Изложение узловых

вопросов темы данного занятия. Демонстрация преподавателем методики

практических приемов по данной теме. Теоретический разбор темы. Опрос.

7.4. Самостоятельная работа обучающихся под руководством преподавателя

7.5. Контроль усвоения обучающимися темы занятия (знания и умения) с

применением тестовых заданий, ситуационных задач и других видов контроля.

8. Литература: см. в приложении

Тема 10. «Приближенные методы решения уравнения Шредингера. Методы MNDO. Ограничения метода»

Тема и ее актуальность.

Для количественной оценки физико-химических свойств  многоэлектронных систем – многоэлектронных атомов, молекул – требуется весьма точное решение уравнения Шредингера. Однако его решение в аналитическом виде для таких систем невозможно.

Один из путей выхода из этой ситуации состоит в использовании численных методов решения уравнения Шредингера с использованием компьютеров. Среди методов расчета наиболее фундаментальными являются метод MNDO, который позволяет избежать ряда систематических ошибок.

 

 

2. Учебные цели: рассмотреть приближенные приближенные и полуэмпирические методы расчета электронной структуры атомов и молекул

 

Для формирования профессиональных компетенций обучающийся должен знать:

- основы квантовой механики

- уравнение Лапласа

-квантово-химические параметры

Для формирования профессиональных компетенций обучающийся должен вла -деть и уметь:

     - схемами решения системы уравнений Рутана

     - работать с основными командами в программе HyperChem

     - и овладеть следующими компетенциями: ОК5, ОПК7

3. Материалы для самоподготовки к освоению данной темы:

Вопросы для самоподготовки:

1. Какие задачи решает уравнение Шредингера?

2. Физический смысл волновой функции?

3. Предназначение программы HyperChem?

4.В чем преимущество метода MNDO по сравнению с другими квантово-химическими методами?

5.Как происходит процесс оптимизации геометрии молекул в программах?

4. Вид занятия: практическое занятие,

5. Продолжительность занятия: 2 часа

Оснащение:

6.1. Дидактический материал;

6.2. ТСО.

 

7. Структура занятия:

7.1. Организационный этап - проверка готовности группы к занятию внешний вид, отметка присутствующих, ознакомление с планом работы.

7.2. Контроль исходного уровня знаний обучающихся с применением тестов.

7.3. Ознакомление обучающихся с содержанием занятий. Изложение узловых вопросов темы данного занятия. Демонстрация преподавателем методики практических приемов по данной теме. Теоретический разбор темы. Опрос.

7.4. Самостоятельная работа обучающихся под руководством преподавателя

7.5. Контроль усвоения обучающимися темы занятия (знания и умения) с применением тестовых заданий, ситуационных задач и других видов контроля.

8. Литература: см. в приложении