Квантова хімія, як навчальна дисципліна

Даний курс присвячений вивченню квантової хімії – теоретичного розділу хімії, в якому опис хімічних властивостей речовини і хімічних перетворень здійснюється на основі методів квантової механіки.

Квантова хімія - частина співвідношень між спостережуваними властивостями і відомими характеристиками речовини (структура, заряди атомів, донорні числа).

В даний час у науковій літературі все частіше використовується більш широке поняття – обчислювальна хімія, куди відносяться:

- квантова хімія - опис хімічних властивостей речовини і хімічних перетворень методами квантової механіки;

- молекулярна динаміка - опис властивостей речовини і хімічних перетворень шляхом розрахунку, відстеження та усереднення траєкторій руху великого ансамблю молекул або атомів. Траєкторії будуються на основі класичних рівнянь руху (закони Ньютона) для молекул. Фізико-хімічні властивості речовини обчислюються на основі усереднення механічних властивостей молекул на даних траєкторіях;

- моделювання методом Монте-Карло – опис властивостей речовини на основі генерації та усереднення великої кількості випадково вибраних станів ансамблю молекул або атомів, наприклад, випадково вибраних конфігурацій молекул, що утворюють рідину, розчин, тверде тіло. Фізико-хімічні властивості речовини обчислюються на основі усереднення механічних властивостей молекул у випадковому ансамблі.

В обчислювальну хімію не входять (з історичних причин) такі теоретичні розділи, як:

- кінетичне моделювання (входить у хімічну кінетику);

- хімічна термодинаміка (розглядається окремо);

- регресійний аналіз (QSAR, QSPR...) – аналіз зв'язку між структурою молекул і властивостями речовини на основі аналізу формальних регресійних.

Квантова хімія - новий напрямок, у якому опис хімічних структур здійснюється методами дискретної математики (графи, кільця).

Квантова хімія формувалася одночасно з квантовою механікою, хоча передумови для опису хімічних властивостей на основі опису структури атомів і молекул були зроблені раніше:

- 1857 – Теорія валентності Кекуле (одна з перших теорій, що зв'язують структуру речовини з хімічними властивостями): атоми зв'язуються в молекули у відповідності з чітко визначеними співвідношеннями, що визначає властивості речовини.

- 1861 – Теорія Бутлерова про будову органічних речовин: властивості органічних сполук визначаються не тільки кількістю атомів даного типу, але і способом з'єднання атомів (хімічною будовою).

В даний час квантова хімія є теоретичною основою для всіх розділів хімії - органічної та неорганічної, фізичної хімії, різних видів спектроскопії т. д. Квантова механіка і квантова хімія успішно вирішують багато наукових завдань. За допомогою її та багатьма видами спектроскопії вивчається будова речовини, досліджуються механізми протікання хімічних реакцій, в тому числі і на поверхні, досліджуються біологічні та біолого-активні речовини, корисні або летальні властивості яких пов'язані з їх атомною та електронною будовою; дослідження структури нових високоперспективних матеріалів, таких як високотемпературні провідники, форми елементарного вуглецю, комплекси перехідних металів, динамічні властивості атомів і іонів у різних кристалічних і молекулярних структурах і багато іншого.

Основна мета опанування дисципліни «Квантова хімія» - дати студентові уявлення про квантову механіку, як основу квантової хімії; про властивості хімічних систем; спектрах (оптичних, ЕПР, ЯМР); про реакційну здатність молекул; перебіг хімічних реакцій.

Завдання навчального курсу: вивчення основних постулатів квантової механіки; вивчення наближених методів рішення квантово-механічних завдань; вивчення електронної будови молекул; рішення прикладних задач квантової хімії.

Квантова хімія - це дисципліна, яка складається з двох частин. На сьогоднішній день квантова хімія інженерна наука, що є найважливішою частиною теоретичної хімії. Квантово-хімічні розрахунки стали важливим елементом хімічних досліджень, а вивчення квантової хімії є необхідною підготовкою студентів до освоєння сучасних курсів органічної і неорганічної хімії.

Для успішного опанування дисципліни необхідно добре знати математику, фізику, органічну та неорганічну хімію.

Компетенції учня, сформовані в результаті освоєння дисципліни «Квантова хімія»: розуміє роль природничих наук (хімії у тому числі) у виробленні наукового світогляду; знає основні етапи та закономірності розвитку хімічної науки, має уявлення про систему фундаментальних хімічних понять і методологічних аспектів хімії, форм і методів наукового пізнання, їх ролі в загальноосвітній професійній підготовці хіміків; володіє сучасними комп'ютерними технологіями, застосовуваними при обробці результатів наукових експериментів і зборі, обробці, зберіганні і передачі інформації при проведенні самостійних наукових досліджень, вільно володіє ними при проведенні самостійних наукових досліджень.

У результаті освоєння дисципліни «Квантова хімія» студент повинен:

1. Знати роль квантових розрахунків.

2. Вміти вибирати метод розрахунку для конкретного хімічного завдання, володіти методологією груп симетрії.

3. Володіти методологією груп симетрії.

Свої роботи дослідженню дисципліни присвятили такі вчені: Давтян О., Мелешина А., Заградик Р., Гайтлер В. та ін.

Отже, якщо Вам не вистачає часу, і необхідно купити дипломну роботу чи доповідь з курсу «Квантова хімія» пишіть у компанію ІЦ «KURSOVIKS». Ми радо Вам допоможемо у цьому.

З повагою ІЦ «KURSOVIKS»!