17. 2. 2020  6:02 Miloslava
Akademický informačný systém

Sylabus predmetu 428T0_4D - Teória medzimolekulových interakcií (FCHPT - 2019/2020 - doktorandské štúdiá)


     Informačný list          ECTS          Sylabus          


     Slovenčina          Angličtina          


Vysoká škola: Slovenská technická univerzita v Bratislave
Fakulta: Fakulta chemickej a potravinárskej technológie
Názov predmetu: Teória medzimolekulových interakcií
Kód predmetu: 428T0_4D
Ukončenie a kredity: skúška-PhD (6 kreditov)
 
Vyučujúci: prof. Ing. Vladimír Lukeš, DrSc. (zodpovedný za predmet) - slovenský jazyk
 
Výsledky vzdelávania:
Študent získa vedomosti o metódach výpočtov interakčnej energie na kvantovochemickej úrovni, výpočtoch optimálnych geometrií a základných spektroskopických vlastností malých van der Waalsových komplexov. Naučí sa aplikovať výpočtové metódy na riešenie jednoduchých chemických problémov.
 
Podmieňujúce predmety: žiadne
 
Stručná osnova predmetu:
1.Úvod do termodynamiky reálnych plynov. (dotácia 2/0)
 
a.Stavová rovnica - viriálne koeficienty. Stavová rovnica zriedených plynov. Stavová rovnica hustých plynov a kvapalín. Úvod do štatistického mechanicky stavových rovníc plynov.
b.Kinetická teória plynov - transportné koeficienty. Zjednodušená kinetická teória zriedených plynov. Úvod do rigoróznej kinetickej teórie plynov. Aplikácie rovníc.
c.Medzimolekulové sily - Mezimolekulové potenciálne funkcie energií. Zdroje informácií o medzimolekulových sílách. Fyzikálne príspevky k medzimolekulovým interakciám. Empirické medzimolekulárne potenciálne funkcie.

2.Úvod do termodynamiky reálnych plynov (pokračovanie). (dotácia 2/0)
 
a.Klasická mechanika. Pohybové rovnice v klasickej mechanike. Liouvilleova rovnica. Viriálová teoréma.
b.Zrážky molekúl z pohľadu klasickej mechaniky. Trajektórie jednotlivých častíc pri bočnom náraze. Uhol vychýlenia pri zrážke.
c.Kvantová mechanika. Experimentálne prejavy neklasického správanie. Vlnový opis systémov. Operátory vo vlnovej mechanike. Nerozlíšitelnosť rovnakých častíc. Približné metódy riešenia Schrödingerovej rovnice. Viriálová teoréma v kvantovej mechanike.
d.Zrážky molekúl z pohľadu kvantovej mechaniky. Interakcie dvoch častíc: fázové posuny. Pravdepodobnosť uhla vychýlenia.

3.Elektromagnetický pôvod medzimolekulových síl. (dotácia 2/0)
 
a.Elektrostatika. Elektrostatická interakcia medzi nábojmi a rozdelenie elektrického náboja. Elektrostatický potenciál a intenzita elektrického poľa. Multipólové elektrické momenty. Jednocentrová expanzia rozvoja. Dvojcentorvá expanzia rozvoja. Správanie sa elektrických dipólov.
b.Elektrická polarizácia hmoty a elektrická susceptibilita. Polarizabilita a polarizácia. Electrická susceptibilit a dielektrická konštanta. Elektrická susceptibilita a elektrické vlastnosti molekúl.
c.Elektromagnetizmus. Maxwellove rovnice vo vákuu. Skalárne a vektorové potenciály; magnetické multipóly. Magnetizácie hmoty. Maxwellove rovnice pre magnetikum a dielektrikum.
d.Magnetizácie hmoty. Magnetická susceptibilita a magnetická permeabilita.

4.Teória medzimolekulových síl. (dotácia 2/0)
 
a.Mezimolekulové potenciálne energetické funkcie. Separácia pohybu elektrónov a atómových jadier (Bornova-Oppenheimerova aproximácia). Ekvivalencia klasických a kvantovo mechanických medzimolekulárnych interakcií. Základné princípy výpočtov interakčnej energie na kvantovomechanickej úrovni.
b.Polarizovatelnosť molekúl. Variačný výpočet polarizabilít. Polarizovateľnosť molekuly vodíka. Aditivita polarizabilít.Polarizability a ďalšie vlastnosti atómov zo skríningových konštánt.
c.Londonove disperzné sily medzi symetrických molekúl. Zjednodušené teórie výpočtu disperzných síl na základe modelu Drud. Vplyv disperzných síl pre veľké vzdialenosti.
d.Disperzné sily medzi asymetrickými molekulami. Disperzné sily medzi asymetrickými molekulami pre veľké a stredne veľké vzdialenosti. Disperzná energia medzi dlhými konjugovanými molekulami.

5.Teória medzimolekulových síl (pokračovanie). (dotácia 2/0)
 
a.Sily medzi molekulami, ktoré majú trvalé elektrické momenty. Indukčná energia. Relatívna veľkosť príspevkov k interakčnej energii.
b.Vodíkové väzby ako elektrostatické sily.
c.Kvantová mechanika a elektrostatické sily. Charatkteristika rezonančných síl. Interakcie dvoch ideálnych dipólov v lineárnom usporiadaní. Interakcia dvoch ideálnych dipólov pre symetrické usporiadanie.

6.Teória medzimolekulových síl (pokračovanie). (dotácia 2/0)
 
a.Interakcie dlhého dosahu medzi protónom a vodíkom alebo atómom hélia.
b.Štúdium medzimolekulových síl pomocou mikrovlnného žiarenia. Rozšírenie čiar v mikrovlnnom spektre.
c.Vplyv tlaku na rozšírenie spektrálnych čiar.

7.Teória medzimolekulových síl (pokračovanie). (dotácia 2/0)
 
a.Stanovenie kvadrupólových elektrických momentov pre molekuly vody. Teoretický prístup. Empirický prístup.
b.Potenciálna energia kryštálovej mriežky. Energia nulového bodu kryštálovej mriežky. Stanovenie síl medzi atómami vzácneho plynu.

8.Kinetická teória zriedených plynov. (dotácia 2/0)
 
a.Kinetická teória, distribučné funkcie. Fyzikálny opis nerovnovážných systémov. Fyzikálne odvodenie Boltzmannovej rovnice. Boltzmannova rovnica z Liouvilleova vety. Distribúcia okamžitých rýchlostí molekúl.
b.Enskogovo riešenie Boltzmannovej rovnice. Enskogov rozvoj. Riešenie prvého poriadku. Integrálne rovnice. Aplikácie variačného princípu (rozvoj Soninho polynómu).
c.Zavedenie transportných koeficientov. Koeficienty priepustnosti a tepelnej difúzie. Viskozita. Súčiniteľ tepelnej vodivosti. Explicitné vzťahy pre transportné koeficienty.

9.Kinetická teória zriedených plynov (pokračovanie). (dotácia 2/0)
 
a.Tok vektora a transportné koeficienty. Prenos hmoty a difúzne koeficienty. Prenos hybnosti a koeficienty viskozity. Prenos energie a súčiniteľ tepelnej vodivosti.
b.Sumarizácia vzťahov kinetickej teórie pre čisté plyny a zmesi. Koeficient viskozity. Súčiniteľ tepelnej vodivosti. Súčiniteľ difúzie. Súčiniteľ tepelnej difúzie.
c.Transportné koeficienty pre jednoduché potenciálové funkcie. Tuhé elastické gule. Repulzia bodových nábojov. Sutherlandov potenciál. Štvorcový potenciál.

10.Kinetická teória zriedených plynov (pokračovanie). (dotácia 2/0)
 
a.Transportné koeficienty pre Lennardov-Jonesov (6-12) potenciál. Dynamika kolízie; výpočet prierezov. Viskozity čistých plynov. Koeficient viskozity zmesí. Súčiniteľ tepelnej vodivosti. Súčiniteľ difúzie. Tepelný difúzny koeficient.
b.Porovnanie najčastejšie používaných sférických nepolárnych funkcií.
c.Transportné koeficienty pre polárne plyny a zmesi plynov. Viskozita čistých plynov. Viskozita a difúzia pre zmesi obsahujúce jednu polárnu zložku.

11.Kvantovomechanické metódy a prístupy. (dotácia 2/0)
 
a.Metóda Hartreeho-Focka. Molekulové orbitály, vlastné vektory a vlastné hodnoty. Korelačná energia. Mollerova-Plessetova poruchová teória. Metóda spriahnutých klastrov.
b.Supramolekulový prístup. Superpozičná chyba a možné korekcie.
c.Mezimolekulové poruchové teórie. Symetricky adaptovaná poruchová teória. Poruchové teórie formulované pomocou ortogonalizovanej a biortogonalizovanej bázy molekulových orbitálov.

12.Kvantovomechanické výpočty medzimolekulových interakcií. (dotácia 2/0)
 
a.Interakcie medzi dvoma atómami vodíka.
b.Interakčné energie medzi atómami vzácnych plynov. Interakcie dvoch atómov hélia. Interakcie dvoch atómov neónu. Interakcie dvoch atómov argónu.
c.Interakcia atómu vodíka a molekuly vodíka. Eyringove semiempirické metódy. Príspevok prvého poriadku a výpočet disperznej energie.
d.Interakcia medzi dvoma molekulami vodíka. Chemické alebo valečné energie. Interakcie ďalekého dosahu.
e.Interakcie He s excitovaným atómom hélia alebo protónom.

13.Vplyv rozpúšťadla na fyzikálne vlastnosti molekúl. (dotácia 2/0)
 
a.Výpočty solvatačných energií. Modely kontinua - COSMO, IEF PCM. Molekulová dynamika.
b.Konformácia molekúl v roztoku.
c.Výpočet Nernstových and Henryho konštánt.

 
Odporúčaná literatúra:
Základné:
LUKEŠ, V. Aplikácia diagramatických mnohočasticových teórií na štúdium slabých medzimolekulových interakcií. Habilitačná práca. Bratislava : FCHPT STU, 2003. 41 s.
LUKEŠ, V. Aplikácia mnohočasticovej poruchovej teórie na štúdium medzimolekulových interakcií: Obh. 12.6.1995. Diplomová práca. Bratislava : FCHPT STU, 1995. 87 s.
LUKEŠ, V. -- ILČIN, M. -- LAURINC, V. -- KLEIN, E. Počítačové modelovanie molekúl – Metódy počítačovej chémie. Bratislava: Nakladateľstvo STU , 2011. 291 s. ISBN 978-80-227-3456-1.
ATKINS, P W. -- FRIEDMAN, R. Molecular Quantum Mechanics. Oxford : Oxford University Press, 2003. 545 s. ISBN 0-19-855947-X.
FRIEDMAN, R S. -- ATKINS, P W. Molecular Quantum Mechanics. Oxford: Oxford Univ. Press, 1997.
HOBZA, P. -- ZAHRADNÍK, R. Intermolecular Complexes. The Role of van der Waals Systems in Physical Chemistry and in the Biodisciplines. Praha : Academia, 1988. 307 s.
HOBZA, P. -- ZAHRADNÍK, R. Mezimolekulové komplexy: Úloha van der Waalsových systému ve fyzikaální chemii a v biodisciplínách. Praha : Academia, 1988. 288 s.
AUCHOWSKI, P S. -- KOSICKI, M. -- KODRYCKA, M. -- SOLDÁN, P. Van der Waals coefficients for systems with ultracold polar alkali-metal molecules. Physical Review A, 87. s. 2. ISSN 1050-2947.

Odporúčaná:
HIRSCHFELDER, J. O. -- CURTISS, C. F. Molecular Theory of gases and liquids. New York, London, Sydney: John Wiley & Sons, Inc., 1954. 1219 s. OCLC 595145202.

 
Plánované vzdelávacie aktivity: Predmet je realizovaný formou prednášok.
 
Metódy a kritériá hodnotenia: Skúška pozostáva zo širších teoretických otázok a riešenia príkladov.
 
Vyučovací jazyk: slovenský jazyk, anglický jazyk
 
Pracovná stáž: Nie je vyžadovaná žiadna povinná pracovná stáž.


Poslednú zmenu urobil Ing. Tomáš Molnár dňa 26. 04. 2019.

Typ výstupu: