9360-0130/02 – Úvod do kvantové fyziky a chemie (KFCH)

Garantující katedraCentrum nanotechnologiíKredity5
Garant předmětuprof. Ing. Jana Seidlerová, CSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Jana Seidlerová, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
ALE02 Doc. Dr. RNDr. Petr Alexa
KAL0063 prof. RNDr. René Kalus, Ph.D.
SEI40 prof. Ing. Jana Seidlerová, CSc.
BEZ0059 Ing. Iva Tkáčová, Ph.D.
VIT0060 Mgr. Aleš Vítek, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+1

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Seznámit studenty se základy teorie kvantové fyziky a chemie. Objasnit chování elementárních částic a atomu a vysvětlit podstatu chemické vazby z hlediska kvantové teorie. Student umí pracovat se základními operátory, je schopen definovat postup výpočtu energie vicelektronového atomu a molekuly. Je schopen vysvětlit podstatu elektronových a molekulových spekter.

Vyučovací metody

Přednášky
Cvičení (v učebně)
Projekt

Anotace

Předmět navazuje na znalosti studenta ze základních bakalářských kurzů matematiky, fyziky a chemie. Jeho cílem je seznámit studenty se základy nerelativistické kvantové fyziky a chemie a důležitými aplikacemi.

Povinná literatura:

SKÁLA, L.: Úvod do kvantové mechaniky, Academia Praha 2005. BEISER, A.: Úvod do moderní fyziky, Academia, Praha 1975. FIŠER, J.: Úvod do kvantové chemie, ACADEMIA, Praha, 1983. ATKINS., P., PAULA, J.: Atkin´s Physical Chemistry, seventh edition, 2002, Oxford University Press. ISBN 0-19-879285-9.

Doporučená literatura:

FEYNMAN, R. P., LEIGHTON, R. B., SANDS, M.: Feynmanove prednášky z fyziky 5, Alfa, Bratislava 1990. ATKINS., P., PAULA, J.: Fyzikální chemie, VŠCHT, Editor českého překladu P. Chuchvalec, Praha 2013, ISBN 978-80-7080-830-6.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Písemná a ústní. Zápočet získá student za absolvování písemného testu o celkovém počtu 40 bodů.

E-learning

Další požadavky na studenta

Nejsou další požadavky na studenta.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Kvantová fyzika 1. Úvod – historické souvislosti a potřeba vzniku nové teorie. Postuláty kvantové mechaniky, časová a bezčasová Schrödingerova rovnice. Rovnice kontinuity. 2. Matematický aparát – operátory, lineární hermiteovské operátory, veličiny, měřitelnost. Souřadnicová reprezentace. Základní vlastnosti operátorů, úpravy operátorových výrazů, vlastní funkce a vlastní hodnoty, střední hodnota, operátory odpovídající vybraným fyzikálním veličinám a jejich vlastnosti. 3. Volná částice, vlnová klubka. Relace neurčitosti. 4. Modelové aplikace stacionární Schrödingerovy rovnice – konstantní potenciál, nekonečně hluboká pravoúhlá potenciálová jáma – spojité a diskrétní spektrum energií. Další aplikace: potenciálový schod, konečně hluboká pravoúhlá potenciálová jáma, pravoúhlá potenciálová bariéra - tunelový jev. Aproximace vybraných reálných situací pravoúhlými potenciály. 5. Harmonický oscilátor v souřadnicové a Fockově reprezentaci. 6. Sféricky symetrické pole, atom vodíku. Spin. Soubory nerozlišitelných částic, Pauliho princip. Atomy s více elektrony, optická a rentgenová spektra. 7. Interpretace kvantové mechaniky. Kvantová chemie 1. Vícelektronové atomy, interakce ve vícelektronovém atomu. Spin-orbitální interakce. Vektorový model atomu. Spektrální termy. 2. Schrödingerova rovnice, Hamiltonián a vlnová funkce vícelektronových atomů. Konstrukce vlnové funkce. Atom helia. Základní aproximace v teorii chemické vazby 3. Přibližné metody řešení Schrödingerovy rovnice. Teorie poruch a variační metoda. Výpočet hodnoty energie a rozvojových koeficientů vlnové funkce. 4. Vznik chemické vazby, podmínky vzniku a popis chemické vazby. Nedostatky klasických teorií. Přístup kvantové chemie. Molekulová Schrödingerova rovnice, tvar Hamiltoiánu a vlnové funkce. 5. Základní aproximace v teorii chemické vazby. Teorie rezonance a její důsledky. Teorie valenční vazby. Příklady uplatnění na konkrétních sloučeninách. 6. Teorie hybridizace a tvorba vlnových funkcí jednotlivých orbitálů. Příklady. Teorie lineární kombinace atomových orbitálů. Základní prvky symetrie a jejich význam v kvantové chemii při vzniku chemické vazby. 7. Molekula jako tuhý rotor, harmonický a anharmonický oscilátor, způsob popisu a důsledky řešení, vibrační a rotační kvantová čísla. Praktický význam kvantové chemie.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodůMax. počet pokusů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  21
        Zkouška Zkouška 60  30 3
Rozsah povinné účasti: Povinná účast na výpočtových cvičeních (80 %) a absolvování všech testů v určených termínech.

Zobrazit historii

Podmínky absolvování předmětu a účast na cvičeních v rámci ISP: Splnění všech povinných úkolů v individuálně dohodnutých termínech.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2024/2025 (B0719A270001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2023/2024 (B0719A270001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2022/2023 (B0719A270001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2021/2022 (B0719A270001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2020/2021 (B0719A270001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2019/2020 (B0719A270001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku

Hodnocení Výuky



2021/2022 zimní