М. К. Аммосова программа к урса строение вещества для государственных университетов Специальность 01. 10. 00 «Химия» Составитель: к Х. н., доцент Капитонов А. Н. Якутск 2004 г Рабочая программа
| Вид материала | Программа |
- М. К. Аммосова программа курса физика для государственных университетов Специальность, 247.34kb.
- М. К. Аммосова программа курса физика для государственных университетов Специальность, 335.55kb.
- М. К. Аммосова рабочая программа курса Математика и информатика Специальность, 020700, 283.67kb.
- Рабочая программа сд 01 Курса статистический практикум для государственных университетов, 1245.62kb.
- Программа курса Для государственных университетов Специальность 0702 История, 670.43kb.
- Программа курса Для государственных университетов Специальность 0702 История, 120.86kb.
- Рабочая программа курса «немецкий язык» для государственных университетов специальность, 106.31kb.
- Программа курса физика для государственных университетов Специальность (020802), 181.02kb.
- М. К. Аммосова программ акурса «хронология» Специальность 0207 история 2001 Составитель:, 177.79kb.
- Рабочая программа дисциплина ‹‹Неорганическая химия›› опд. Ф. 02 Специальность 020101, 343.5kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Якутский государственный университет им. М.К.Аммосова
ПРОГРАММА
курса СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
для государственных университетов
Специальность 01.10.00
«Химия»
Составитель: к.х.н., доцент
Капитонов А.Н.
Якутск 2004 г
Рабочая программа утверждена на заседании Кафедры экспериментальной физики …….. 2004 г, протокол N ….
Зав. каф. …………… Алексеев А.А.
Рабочая программа утверждена на заседании Методкомиссии ФФ ФТИ …………… 2004 г., протокол N ….
Предс. Методкомиссии ФФ ФТИ ……………….. Степанова Т.И.
Рабочая программа утверждена на заседании Методкомиссии БГФ
………….. 2004 г., протокол N …..
Предс. Методкомиссии БГФ ……………….. Яковлева А.В.
Рабочая программа утверждена на заседании Научно-методического совета ЯГУ ……………. 2004 г., протокол N …..
Предс. Н-метод. Совета ЯГУ ……………… Григорьева А.А.
Рабочая программа составлена на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 01.10.00 «Химия» (номер государственной регистрации 127 ЕН/сп) от 10 марта 2000 г.
ОПД.Ф.11. Строение вещества:
Основы современной теории химического строения; квантовые состояния молекул; симметрия молекулярных систем, их электрические и магнитные свойства; межмолекулярные взаимодействия; строение конденсированных фаз (жидкостей, аморфных веществ, мезофаз, кристаллов), их поверхностей и границ раздела.
Выписка из учебного плана специальности 01.10.00 Химия
| Наименование | Форма контроля | Всего часов | Лекции | Лаборат . Семинарские занятия | Консультации | СРС Рейтинг.контроль | ИРС | Недельная нагрузка (18 недель) | |
| Зачет | Экзамен | ||||||||
| Строение вещества | 4 | 120 | 54 | 18 | | 48 | | 4 | |
Требования государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.
- Общие требования к образованности специалиста.
Специалист должен:
- Владеть культурой мышления, быть способным в письменной и устной форме правильно оформлять свои мысли;
- Иметь представление об основах строения вещества, знать методы экспериментального и теоретического изучения строения молекул и строения вещества;
- Владеть физическими основами учения о строении молекул, их электрических и магнитных свойствах;
- Представлять строение конденсированных фаз (жидкостей, аморфных веществ, мезофаз, кристаллов), строение поверхностей конденсированных фаз.
- Требования к знаниям и умениям по дисциплине.
Специалист после изучения курса «Строение вещества» должен знать и уметь использовать:
- Знать модельные представления молекул, электрические и магнитные свойства молекул, свойства симметрии, связь макро- и микрохарактеристик вещества;
- Знать классификацию электронных состояний многоатомных молекул, получение структурной информации из спектров;
- Уметь применять на практике теоретические знания о строении вещества.
Принципы и цели курса
«Cтроение вещества» является курсом на стыке наук «ХИМИЯ» и «ФИЗИКА». Рабочая программа разработана согласно государственным требованиям к содержанию и уровню подготовки выпускников по специальности 01.10.00 «Химия» в обьеме 126 часов, утвержденным Министерством РФ по ВО, индекс УМОУ – 01.08/17-90.
Предметом курса «Строение вещества» является изучение геометрии молекул, их симметрии, электрических и магнитных свойств электронов, ядер, связи микро- и макроскопических характеристик молекул, основных электронно-колебательно-вращательных состояний молекул, структуры спектров, определение молекулярных постоянных из спектров, энергии молекул, эффекта Зеемана, ЯМР, ЭПР, рассмотрение молекул в приближении гармонического осциллятора, волновых функций молекул, межмолекулярных взаимодействий.
Студент должен понимать, что данный курс является связующим между курсами «Общей физики» и «Химии», т.е. для освоения курса требуется знание как разделов собственно химии, так и общей физики, основные представления квантовой механики, а также дифференциального и интегрального исчисления.
Курс «Строение вещества» состоит из лекций и семинарских занятий в соотношении 3:2.
Студент после обучения по курсу «Строение вещества» должен:
- Знать:
- Состав, строение основных простых веществ и химических соединений;
- Основные постулаты квантовой механики, приближенные методы решения квантовомеханических задач, иметь представление об электронном строении атомов и молекул;
- Иметь представление об основах теории строения вещества, о квантовых состояниях молекул, их электрических и магнитных свойствах, знать основные составляющие межмолекулярных взаимодействий, основы спектроскопического анализа.
- Состав, строение основных простых веществ и химических соединений;
- Уметь:
- Интерпретировать экспериментальные результаты.
- Интерпретировать экспериментальные результаты.
Структура курса
| Модуль №№ | Название | Количество часов | |
| Лекции | Сам.раб | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Классическая теория хим. строения и квант. механич. описание свойств хим. част. Модель мол-лы | 4 | 2 |
| 2 | Геометрия молекул. Потенциальные функции. Симметрия молекул | 8 | 3 |
| 3 | Электрические свойства мол. Электрический дип.момент вкласс. теор. и квант. мех. Индуц. дип.момент. Поляризуемость молекулы Связь дип. момента и поляр. мол-лы с диэл-й прониц. и показателем прелом. Уравн. Ланжевена-Дебая,Клаузиуса- Мосотти,Лоренца-Лоренца | 12 | 2 |
| 4 | Магнитные свойства мол-л. Магнитный мом-т. Магн. поляриз-я. Диа-пара-магнит-е вещества. Эфф. Зеемана. ЯМР. Структурные данные.Взаимод-е электрон-х и ядерных спинов. ЭПР. | 8 | 2 |
| 5 | Энергия мол-л. Парц-я и полн. энергии. Энергия образов-я мол-л. | 4 | - |
| 6 | Электронно-вращательно-колебательные состояния мол-л. Классиф-я электрон-х сост-й по проекции орбит-го и спин-го моментов. Гарм. и ангармон. осцил-р (классич-й и квантовомехан-й). Потенциал Морзе. Волн. функция энергии. Вращение мол-л (класс-й и квантовомех-й ротатор). Момент импульса, энергия вращ-я Электронно-колебат.-вращат-е сост-я. Их постоянные. Молекулярные спектры, их значение для химии и др. наук | 14 | 4 |
| 7 | Межмолек-е взаимодействия. В-д-В силы, функции Ленарда-Джонса, Борна-Майера. | 4 | - |
54 ч 13 ч
Всего часов: 67
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Лекционные занятия – 54 ч.
| № лекций | Темы и содержание лекций | Соответстие требованиям ГОСТ, целям курса |
| 1 | 2 | 3 |
| 1-2 | Атомистические представления о структуре вещества. Макротела и микрочастицы, их ядерно-электронное строение. Химические частицы. Модель молекулы. Хим. связи. – 4 ч | ГС1-1.1;11-2.1 ЦК1-1.1 |
| 3-4 | Геометрия молекул. Параметры, определяющие геометрию. Закономерности в равновесных значениях валентных углов, двугранных углов, углов внутреннего вращения, межяд-х расстояний. Нежесткие молекулы, потенциальные барьеры. – 4 ч | ГС1-1.2;11-2.1 ЦК1-1.1 |
| 5-6 | Симметрия равн.геом. конфиг-и молекул. Элементы и операции симметрии. Точечные группы сим-ии, приводимые и неприводимые представления. – 4 ч | ГС1-1.2;11-2.1 ЦК1-1.2 |
| 7-8 | Электрические свойства молекул. Электр-й дип-й момент в классич-й теории и квант. механике. Полярные и неполярные мол-лы. Дип-й мом-т и симметрия мол-л. Дип-й момент и изомерия мол-л. – 4 ч | ГС1-1.3; ЦК1-1.2 |
| 9-10 | Парциальные мом-ты связей и структурных групп. Деформация молекул во внешнем электр. Поле индуцир-й мом-т и поляризуемость мол-лы. Эллипсоид поляризуемости и симметрия мол-лы. – 4 ч | ГС1-1.3 ЦК1-1.2 |
| 11-12 | Связь молекулярных постоянных (дип.мом.,поляризуем- ость) с макрохарактер-ми вещества (диэлектр. прони-аемость, показат-ль преломления). Уравн-я Клаузиуса- Мосотти, Лоренц-Лоренца, Ланжевена-Дебая. – 4 ч | ГС1-1.3;11-2.1 ЦК1-1.2 |
| 13 | Магнитные свойства молекулы. Магн-й мом-т магнитн-я восприимчивость, эллипсоид восприимчивости. Сосояние мол-лы в магн-м поле. Диа- и парамагнетики. Магнитн-я поляриз-я. – 2 ч | ГС1-1.3;11-2.1 ЦК1-1.2 |
| 14-15 | Магнит-е моменты ядер и электронов. Сост-е ядер и электронов в магн-м поле. Зеемановские уровни энергии Тонкая и сверхтонкая структур-а уровней энергии. ЯМР. Химич-й сдвиг, его интерпретация, получение структ-ых данных. – 4 ч | ГС1-1.3;11-2.2 ЦК1-1.2;11-2.1 |
| 16 | Спин-спиновое взаимод-е и тонкая структура спектров ЯМР. Условие электрон-го парамагн. резонанса (ЭПР). Свободные радикалы и другие парамагнитные частицы и центры. G- фактор. Взаимод-е электронных и ядерных спинов, сверхтонкая структура спектров ЭПР. – 2 ч | ГС1-1.3;11-2.2 ЦК1-1.2;11-2.1 |
| 17-18 | Средние энергетические свойства молекул. Энергетический критерий существования мол-лы. Энергия образования мол-л из свободных атомов. Парциальные энергии отдельных связей. Постоянство энергий связей одного вида в любых молекулах. Расчет энергий образования мол-лы (аддитивн. схема). – 4 ч | ГС1-1.3;11-2.2 ЦК1-1.2 |
| 19-20 | Полная энергия мол-лы как сумма электронной, колебательной и вращательной составляющих. Электрон-е состояния. Потенциальные функции 2-х атомн. мол-л и потенц-е поверхности многоатомн-х мол-л. Классиф-я электрон-х состояний 2-х атомн. мол-л по проекции орбит-го момента и спина электрона. Свойства симметрии электрон-х волновых функций 2-х атомн. мол-л. Классиф-я электрон-х сост-й и электронны- волновых функций многоатомных мол-л. – 4 ч | ГС1-1.3;11-2.2 ЦК1-1.2 |
| 21-22 | Колебательные состояния. Колеб-я 2-х атомной мол-лы (гарм. осцил-р), и согласно квант. мех-ке (гарм. и ангармон. осц-р). Классич-я теория малых колеб-й многоат-х мол-л. Кинет-я и потенц-я энергия. Характеристичность колеб-й, групповые колеб-я. Колеб-е сост-я многоат-х мол-л по квант-й мех-ке. – 4 ч | ГС1-1.3;11-2.2 ЦК1-1.2 |
| 23-24 | Вращат-е сост-я. Вращение 2-х атомн. мол-лы (классич-я теория, жесткий ротатор), (квант-я теория, жесткий и нежесткий ротатор). Классич-я теория вращ-я многоат-х мол-л. Момент кол-ва движ-яи кинет-я энергия вращ-я . Классиф-я многоатомнны- мол-л по симметрии эллипсоида инерции. Квантово-механ-я теория вращат-х сост-й многоат-х мол-л. – 4 ч | ГС1-1.3;11-2.3 ЦК1-1.2 |
| 25 | Дипольный момент и поляриз-ть мол-л в различных электронно-колебательно-вращательных сост-х. Правила отбора для спектров испускания и поглощения, а также комбинац-го рассеяния. Структура спектров. Определение энергии диссоциации 2-х атом-й мол-лы . - 2 ч | ГС1-1.3;11-2.3 ЦК1-1.3;11-2.2 |
| 26-27 | Межмолекулярные взаимодействия (дисперсионные, ориентационные, индукционные). Ван-дер-ваальсовы силы, потенциальная функция Ленарда-Джонса. Специфические межмолекулярные взаимодействия. Сальватокомплексы, донорно-акцепторные взамодействияю. – 4 ч | ГС1-1.4;11-2.3 ЦК1-1.3;11-2.2 |
| | САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ | |
| 1. | Зарождение и развитие учений о структуре вещества. Химические частицы. | 1 |
| 22. | Понятие электроотрицательности атомов | 1 |
| 33. | Закономерности в равновесных значениях двугранных углов, углов внутреннего вращения. Понятие конформации молекул. | 2 |
| 44. | Поворотные изомеры, инвертомеры, конформеры. | 1 |
| 55. | Свободные радикалы и другие парамагнитные частицы и центры, g – фактор. | 2 |
| 66. | Классификация электронных состояний многоатомных мол-л. Различия свойств молекул в различных электронных состояниях | 2 |
| 77. | Классическая теория малых колебаний многоатомных мол-л | 2 |
| 88. | Получение параметров структурной информации из спектров | 2 |
СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ
| №№ | Темы | Кол. часов | Ауд. Занят. |
| 1 | Геометрия молекул. Типы изомерии ядерного скелета, равновесная конфигурация. Модели и изображения молекул. | 1 | |
| 2 | Симметрия молекул. Нахождение элементов симметрии. Точечные группы симметрии. | 1 | |
| 3 | Нежесткие молекулы и динамическая изомерия | 1 | |
| 4 | Электрический дипольный момент молекулы. Полярные и неполярные молекулы. Расчет дипольных моментов по векторной схеме. | 1 | |
| 5 | Поляризуемость и анизотропия поляризуемости молекулы | 1 | |
| 6 | Эллипсоид поляризуемости. Молярная рефракция. | 1 | |
| 7 | Магнитный момент и магнитная восприимчивость молекулы. Магнитные моменты ядер и электронов. Эффект Зеемана. | 2 | |
| 8 | ЯМР. ЭПР. Получение структурной информации по спектрам ЯМР,ЭПР | 2 | |
| 9 | Средние энергетические характеристики молекул и отдельных хим. связей. Полная энергия молекулы и ее составляющие | 1 | |
| 10 | Электронные состояния 2-х и многоатомных молекул, их характеристики и классификация. Симметрия электрон. волновых функций. | 1 | |
| 11 | Колебательные состояния в гармоническом приближении и с учетом ангармоничности. | 2 | |
| 12 | Вращение и вращательные состояния молекул согласно класс. теории и квантовой механике. | 1 | |
| 13 | Определение молекулярных постоянных из вращательных, колебательных и электронных спектров. | 1 | |
| 14 | Определение энергии диссоциации 2-х атомн. мол-л. Получение геометрических параметров и другой структурной информации | 1 | |
| 15 | Типы межмолекулярных взаимодействий. Специфические взаимодействия, их энергии | 1 | |
ВСЕГО 18 ЧАСОВ
СТРУКТУРА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТА
В течении учебного семестра студент посещает лекции, выступает с реферативным докладом по теме семинарских занятий, участвует в обсуждении докладов сокурсников, самостоятельно прорабатывает материал по заданным темам.
В течение семестра проводятся 3 аттестации. Итогом учебы является «зачет» по результатам семинарских занятий (если доклад оценен положительно), ответов на зачетные вопросы и аттестаций.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ТОЧЕК
| №№ | Форма контроля | Февраль | Март | Апрель | Май | Июнь |
| 1 | Семинарские занятия | + | + | + | + | + |
| 2 | Аттестация | - | + | + | + | - |
| 3 | Сам. прораб. | + | + | + | + | - |
| 4 | Зачет | - | - | - | - | + |
КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
- Доклады по темам семинарских занятий
- Материалы самостоятельных проработок
- Аттестации
ПЕРЕЧЕНЬ ЗАЧЕТНЫХ ВОПРОСОВ
- Модель молекулы как единой динамической системы из ядер и электронов.
- Поступательное движение и вращение молекул. Внутримолекулярное движение ядер.
- Параметры, определяющие геометрию молекулы, ядерные расстояния, валентные углы, углы внутреннего вращения.
- Закономерности в равновесных значениях валентных углов.
- Интерпретация направленности химических связей, отталкивание электронных пар валентных орбиталей, гибридизация атомных орбиталей.
- Нежесткие молекулы, их потенциальные функции.
- Поворотные изомеры.
- Симметрия равновесной геометрической конфигурации молекул.
- Элементы симметрии. Операторы симметрии.
- Электрический дипольный момент в классической теории и квантовой механике.
- Полярные и неполярные молекулы.
- Дипольный момент и симметрия молекул.
- Деформация молекул во внешнем электрическом поле. Индуцированный момент и поляризуемость молекулы.
- Связь дипольного момента и поляризуемости с диэлектрической проницаемостью и показателем преломления.
- Магнитный момент и магнитная восприимчивость молекулы. Диамагнитные и парамагнитные вещества.
- Магнитные моменты ядер и электронов.
- Зеемановские уровни энергии.
- Условие ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Химический сдвиг, его интерпретация.
- Условие электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
- Энергия образования молекул из свободных атомов. Парциальные энергии, энергия разрыва.
- Полная энергия молекулы как сумма электронной, колебательной и вращательной составляющих.
- Электронные состояния. Потенциальные функции двухатомных молекул, потенциальные поверхности многоатомных молекул.
- Колебания двухатомных молекул в приближении гармонического осциллятора. Кинетическая и потенциальная энергии колебаний.
- Вращение двухатомной молекулы согласно классической теории в приближении жесткого ротатора. Момент количества движения и кинетическая энергия вращения.
- Вращательные, колебательные и электронные спектры молекул. Правила отбора.
- Определение энергии диссосиации двухатомных молекул для различных электронных состояний.
- Межмолекулярные взаимодействия как сумма дисперсионных, ориентационных и индукционных взаимодействий. Силы Ван-дер Ваальса. Функция Ленарда-Джонса.
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
- Татевский В.М. Строение молекул и физико-химические свойства молекул и веществ. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1993.
- Минкин В.И., Симкин Б.Я., Минаев Р.М. Теория строения молекул. Ростов-на-Дону: Изд-во «Феникс», 1997, 570 с.
- Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.: Высш. шк., 1987.
Дополнительная:
- Волькенштейн М.В. Строение и физические свойства молекул. М.: Изд-во АН СССР, 1955, 638 с.
- Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: Изд-во иностр. лит-ра., 1949, 404 с.
- Краснов К.С. Молекулы и химическая связь.: Учебное пособие. 2-е издан., перераб. и дополн. М.: Высш. шк., !984, 295 с.
- Эльяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: Физматгиз, 2002, 892с.
- Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. М.: Высш. шк..
1989.
6. Харгиттаи И., Харгиттаи М. Симметрия глазами химика. М.:
1989.