Εφαρμοσμένη κβαντομηχανική: Μόρια

Πανεπιστήμιο Κρήτης

Τμήμα Φυσικής

Έτος: 2016

Διδάσκων: Στέφανος Τραχανάς

Περιγραφή Μαθήματος

«Η κβαντομηχανική εν δράσει» θα μπορούσε να είναι ένας εναλλακτικός τίτλος τούτου του μαθήματος που έχει ως βασικό του θέμα την κατανόηση από πρώτες αρχές της δομής και των ιδιοτήτων των βασικών μορίων του υλικού μας κόσμου. Ενώ στο επίκεντρό του βρίσκεται η θαυμαστή χημεία του άνθρακα χάρις στην οποία είναι δυνατή όχι μόνο η ανάδυση του φαινομένου της ζωής στο σύμπαν αλλά και η δημιουργία ανθρωπογενών ενώσεων καθαρού άνθρακα –όπως τα φουλερένια και το γραφένιο- που υπόσχονται να αποτελέσουν το εφαλτήριο μιας νέας τεχνολογικής επανάστασης. Ένα μάθημα για φοιτητές φυσικής, χημείας, επιστήμης υλικών και ηλεκτρολόγων ή χημικών μηχανικών, καθώς και για ανήσυχους εκπαιδευτικούς που αισθάνονται την ανάγκη μιας βαθύτερης κατανόησης θεμάτων που καλούνται να διδάξουν στους μαθητές τους.

Video-Διαλέξεις

Διάλεξη 01: Στοιχειώδης θεωρία του χημικού δεσμού

1. Το μοντέλο του διπλού πηγαδιού και η μέθοδος LCAO. Προσεγγιστική περιγραφή του προβλήματος ώς προβλήματος ιδιοτιμών μιας 2x2 μήτρας. 2. Το μόριο του H2. 3. Το μόριο του H2O: Μια πρώτη εισαγωγή στο αγαπημένο μόριο του μαθήματος (πρίν φτάσουμε στις ενώσεις του άνθρακα). 4. Δυνάμεις Van Der Waals: Οι δυνάμεις μεταξύ των μορίων. Εφαρμογή στο νερό.

Διάλεξη 02: Μοριακά φάσματα

1. Οι επιτρεπόμενες ενέργειες περιστροφής ενός διατομικού μορίου. 2. Οι επιτρεπόμενες ενέργειες δόνησης ενός διατομικού μορίου στην παραβολική προσέγγιση. 3. Το φάσμα δόνησης περιστροφής I: Η βασική θεωρία.

Διάλεξη 03: Η χημεία του άνθρακα: Υβριδισμός

1. Κριτική ανασκόπηση της στοιχειώδους θεωρίας του χημικού δεσμού. Η κρίση του μεθανίου και η ανάγκη για δύο βασικές αναθεωρήσεις. 2. Μαθηματική προετοιμασία: Μια βάση από ορθογώνια υβρίδια στον υποχώρο εκφυλισμού των καταστάσεων s και p. 3. Γενική εισαγωγή. 4. Το μόριο C2H2.

Διάλεξη 04: Η χημεία του άνθρακα: Απεντομισμός Ι

1. Η κρίση του βενζολίου: Πώς τα χημικά δεδομένα οδηγούν στο αναμφίβολο συμπέρασμα ότι το μόριο του βενζολίου είναι ένα κανονικό εξάγωνο. 2. Το μοντέλο των ελεύθερων ηλεκτρονίων στο βενζόλιο. 3. Επανάληψη: Η γενική θεωρία του απεντοπισμού για κλειστές συζευγμένες αλυσίδες και η εφαρμογή της στο βενζόλιο.

Διάλεξη 05: Η χημεία του άνθρακα: Απεντομισμός ΙΙ

1. Απεντοπισμός σε ανοικτές αλυσίδες: Γενική θεωρία και αποτελέσματα. 2. Το μόριο C4H6. 3. Γενική εισαγωγή στο γραφένιο και τα φουλερένια. Δομή και βασικές ιδιότητες.