TFYA35 Molekylfysik - En kurs i spektroskopiska grunder


 

 

 

Hem

Planering

 

 

 

 

 

Planeringen för kursen HT 2021

Hämta planeringen som pdf-fil: Planering 2021

 

För de som använder äldre kurslitteratur, "Atkins' Physical Chemistry":

Observera att dessa böcker täcker kursinnehållet, men att övningsuppgifterna
i den nuvarande lektionsplanen inte finns med i dessa böcker.

Plan från 2014 för den som använder 10e upplagan: Planering 2014
Plan från 2013 för den som använder 9e upplagan: Planering 2013
Plan från 2009 för den som använder 8e upplagan: Planering 2009
Plan från 2006 för den som använder 7e upplagan: Planering 2006

Hur innehållet fördelar sig på föreläsningar, lektioner och tenta kan ses här: Tidsanvändning

 

Föreläsningar


Siffrorna i läsanvisningarna hänvisar till kapitel ("topics") i Atkins, de Paula & Friedman,
Physical Chemistry: Quanta, matter and change.


 Föreläsning 12-->
FöreläsningFörberedelseKapitelVideoLärandemål; detta skall du kunna när momentet är fullgjort.Bilder etc.
1Introduktion, historik, kvantisering, våg-partikeldualitet. Vågfuktioner, Borns tolkning. 1, 3, Avsnittet Materievågor från kursen Fysik TB.4, 5 Förstå idéerna om våg-partikeldualitet och kvantisering. Introduktion
     1-1 Vågfunktionen (VF)Grundläggande egenskaper hos VF, förstå innebörden av Borns tolkning.1-Video
2Schrödingerekvationen, egenvärden, egenvektorer, lösningar för en fri partikel.Egenvärden, egenfunktioner, linjära operatorer, andra ordningens diffekvationer, komplexa tal6, 72-1 Schrödinger-ekvationen (SE)Hur man hittar VF för ett system
    2-2 SE:s ursprungFörstå hur SE kan härledasHärledning av SE
    2-3 Normering Förstå hur och varför VF normeras 
    2-4 Konsekvenser av Borns tolkning, kvantiseringHur Borns tolkning medför begränsningar för VF, och upphovet av kvantisering
    2-5 OperatorerBilda kvantmekaniska operatorer från motsvarande klassiska uttryck, egenskaper hos Hermitska operatorer.

Nabla
    2-6 Mätning och väntevärdenMätning och egenvärden, väntevärden
    2-7 Linjärkombinationer av tillståndHur nya VF bildas gm lkb av andra, kollaps av vågfunktioner, väntevärden
      2-Video, 2-Bilder
3Heisenbergs osäkerhetsrelation, dubbelspaltexperimentet. Lösningar till Schrödingerekvationen, partiklar i en- och två-dimensionella lådor, degeneration.8.1-2, Kvantmekanik från Fysik TB8, 93-1 Heisenbergs osäkerhetsrelationFörstå innebörden och giltigheten av Heisenbergs osäkerhetsrelation. Förklara komplementaritet, beräkna en kommutator.
   113-2 D-lådaHur SE kan lösas i flerdimensionella system. När kan rörelsevariabler separeras. Vad är degeneration, och när uppstår det.
      3-Video, 3-Bilder
4Kvantmekaniska tolkningar, Modellsystem, tunnling, vibration.Harmonisk svängning från Mekanikkursen10, 124-1 TunnlingVad är tunnling; när kan det inträffa, hur kan det kvantitativt beskrivas.
    4-2 VibrationFormulera SE för en harmonisk oscillator, förstå strukturen hos lösningarna. Begreppet nollpunktsenergi.Lösning av SE för harmonisk oscillator
    4-3 Bohrs korrespondensprincipBeskriva skillnaden mellan klassiska och kvantmekaniska oscillatorer. Bohrs korrespondensprincip.  
    Tolkningar av kvantmekanikenInnebörden av begreppen Köpenhamnstolkningen, sammanflätning, Bells teorem, kollaps av vågfunktioner, Schrödingers katt.Tolkning
    Diracs 'bracket'-notation. Bra-ket
      4-Video, 4-Bilder
5Rotation i 2D och 3D, vektormodellen.Rörelsemängdsmoment från Mekanikkursen13, 145-1 Rotation i planetFörstå hur en kvantmekanisk rotor kan beskrivas, lösa SE för en enkel rotor.Reducerad massa
    5-2 Rörelsemängdsmoment för kvantmekanisk rotor i 2DFörstå hur en kvantmekanisk rotor kan beskrivas, utgående från rörelsemängdsmoment 
    5-3 Rörelsemängdsmoment i 3DMatematisk beskrivning av rörelsemängdsmomentet i 3D
    5-4 Rotation i 3DUpphovet till klotytefunktioner och rymdkvantisering. Vektormodellen.
      5-Video, 5-Bilder
6Väteliknande atomer.Avsnitten om atomer från Fysik TB17, 186-1 Väteliknande atomerFormulera SE för en väteatom, och förstå strukturen hos lösningarna.Lösning av SE för väteatomen
    6-2 De radiella vågfunktionernaFörstå struktur och egenskaper hos lösningarna till den radiella delen av vätets vågfunktioner
    6-3 SpinnBegreppet spinnkvanttal, kvantmekanisk behandling av elektronspinn.  
    6-4 Atomorbitaler (AO)Begreppet AO, kvanttal som bestämmer en AO. 
    6-5 Övergångar och urvalsreglerBegreppet övergång. Uppkomsten av urvalsregler, och när dessa är tillämpliga. Urvalsregler för en-elektronatomer. Hur övergångsdipolmoment beräknas. 
      6-Video, 6-Bilder
7Flerelektronatomer, termer.2019-21 7-1 OrbitalapproximationenFörstå behovet av approximationer, antaganden och konsekvenser i Orbitalapproximationen.
    7-2 Skärmning, effektiv kärnladdningUpphoven till skärmning. Hur radiella fördelningarna i olika orbitaler bidrar till skärmning.  
    7-3 Orbitalenergier, AufbauprincipenAnvända Aufbauprincipen för elektronkonfigurationer, Paulis uteslutningsprincip, Hunds regler. Begreppen jonisationsenergi, elektronaffinitet.
    7-4 Totala rörelsemängdsmomentHur rörelsemängdsmoment summeras, Clebsch-Gordan-serier, urvalsregler för flerelektronatomer.
    7-5 Spinn-bankopplingUpphovet till spinn-bankoppling, och beräkning av motsvarande energi. Begreppen Russel-Saunders-koppling och jj-koppling. 
    7-6 Kvanttillstånd och termer för flerelektronatomerHur en spektroskopisk term formuleras och tolkas, singlett- och triplett-tillstånd..
      7-Video, 7-Bilder
8Molekylorbitaler, approximationer.22238-1 ValensbindningsteoriKännedom om begrepp och metoder inom valensbindningsteorin (VB).
    8-2 MolekylorbitalteoriBorn-Oppenheimerapproximationen, skillnader i angreppssätt mellan VB och Molekylorbitalteori (MO). 
    8-3 LCAOKonstruktion av MO från AO, konstruera MO för vätemolekylen.
    8-4 Notation för MO i diatomära systemKonstruktion av sigma- och pi-orbitaler. Rita MO-diagram för homodiatomära molekyler. Begreppen bindande resp. antibindande orbital, g/u-symmetri, HOMO, LUMO, bindningsordning. 
     Heteronukleära diatomära molekyler.  
    8-5 Termer för molekylerKonstruktion av termer för molekyler.  
      8-Video, 8-Bilder
9Polyatomära system, Variations-principen, Hückelapproximationen. Determinanter (algebra)24-269-1 VariationsprincipenFörstå och formulera variationsprincipen.
    9-2 Variationsprincipen för en diatomär molekyl.  
    9-3 HückelapproximationenFörstå och formulera Hückelapproximationen. Direkt konstruera sekularekvationerna/-determinanten från en molekylstruktur. Begreppet delokaliseringsenergi. 
      9-Video, 9-Bilder
10Gästföreläsning: Kvantkemiska beräkningar.Inställd! Ej med i schemat!    
      
       
11Introduktion till spektroskopi, rotationsspektroskopi, vibrationsspektroskopi2.3b, 34, 4041-4411-0 IntroduktionLambert-Beers lag. Orsaker till breddning av spektrallinjer. Vågtal
 Ekvipartitionsprincipen.  11-1 Rotation och rotationsövergångarAllmänna och särskilda urvalsregler för rotationsövergångar. Beräkna övergångar mellan rotationstillstånd, degeneration för rotorer.
    11-2 Vibrationer i molekylerHarmonisk approximation. Anharmonicitet och Morse-potential.
     11-3 Polyatomära molekylerVibrationsmoder i molekyler. Normalmoder.
    11-4 UrvalsreglerIR-aktivitet. Allmänna och specifika urvalsregler. Beräkning av övergångsdipolmoment.
    11-5 VibrationsspektroskopiAnvändning för kemisk analys.
    11-6 EkvipartitionsprincipenInnebörden av principen, och konsekvenserna för populationerna hos kvanttillstånd.
     11-Video, 11-Bilder  
12Elektronövergångar och elektronspektroskopi 4512-1 Elektronspektroskopi Introduktion, XPS/ESCA, UPS
    12-2 FotoelektronspektroskopiEnergibalans, Koopmans teorem, utträdesarbete, bindningsenergi. 
    12-3 Kemiska skiftUpphov och användning av kemiska skift vid elektronspektroskopi. 
    12-4 Vibrationsstruktur vid elektronövergångarFranck-Condons princip, vertikal övergång, Stokes-skift, solvatokromism.12-Bilder
13Elektronspektroskopi (forts.)4612-5 Fluorescens och fosforescensProcesser i exciterade tillstånd, deexcitationsmekanismer, Kashas regel.
   9312-6 FotoprocesserKännedom om fotokemiska och fotofysikaliska processer, kvantutbyte, quenching och resonant energiöverföring.13a-Bilder
MagnetresonansMagnetism och magnetfält från Fysik TB4713-1 Kärnspinn Kärnspinn
   4713-2 MagnetresonansMagnetiska moment och magnetiskt inducerade energier. Bohr- och kärnmagneton, ESR/EPR, NMR. 
    13-3 Spinn I = 1/2Skillnad mellan elektron- och kärnspinn. 
    13-4 ResonansResonansvillkor, Larmorfrekvens.13-4
      
14Kärnspinn, Magnetresonans      
   4814-1 NMR-spektroskopiKemiska skift, skärmning.
    14-2 FinstrukturSpinn-spinn-koppling, ekvivalenta kärnor, urvalsregler. 
      14-Bilder
15NMR15-1 FouriermetoderDispersiva instrument och Fouriermetoder, kontinuerliga och pulstekniker, särskilt inom IR och NMR.
   15-3 SpinnrelaxationMekanismer för demagnetisering, spinn-eko.15-Bilder
     
16Statistisk termodynamik2.2, 2.3 Boltzmann-fördelning51-5416-1 Boltzmann-fördelningenBegreppen konfiguration och tillstånd, makrotillstånd och mikrotillstånd, Stirlings approximation, molekylära partitionsfunktioner.
16-2 PopulationsberäkningarBeräkning av absoluta och relativa populationer.
16-3 Statistisk termodynamikStatistisk termodynamik, koppling mellan kvantmekaniska och termodynamiska storheter. 16-Bilder

 

 

 

Lektioner

Planering för lektionerna, med de räkneövningar som i första hand tas upp på lektionerna, samt även förslag på
uppgifter för förberedelser inför respektive lektion, finns i pdf-versionen av planeringen (högst upp på sidan).

De extra lektionsuppgifterna (X1-X10) finns här: Extrauppgifter

Svar till a)-exercises och lösningar till udda problem finns här.

Svar till uppgifterna i Atkins (kvantmekanikdelen): Svar Lektion 1-5

Svar till uppgifterna i Atkins (spektroskopidelen): Svar Lektion 6-9

Ledningar till några av lektionsuppgifterna: Ledningar