3 ECTS credits
90 u studietijd
Aanbieding 1 met studiegidsnummer 1015355ANR voor alle studenten in het 2e semester
met een inleidend bachelor niveau.
- Semester
- 2e semester
- Inschrijving onder examencontract
- Niet mogelijk
- Beoordelingsvoet
- Beoordeling (0 tot 20)
- 2e zittijd mogelijk
- Ja
- Inschrijvingsvereisten
- Je hebt ‘Fysica: trillingen, golven en thermodynamica’ gevolgd, alvorens ‘Inleiding tot de kwantumchemie’ op te nemen.
'Inleiding tot de kwantumchemie’ opnemen houdt in dat je ook gelijktijdig ‘Fysica: elektromagnetisme’ volgt of reeds geslaagd bent voor ‘Fysica: elektromagnetisme’.
- Onderwijstaal
- Nederlands
- Faculteit
- Faculteit Wetenschappen en Bio-ingenieurswetensch.
- Verantwoordelijke vakgroep
- Chemie
- Onderwijsteam
- Freija De Vleeschouwer
(titularis)
- Onderdelen en contacturen
- 26 contacturen Hoorcollege
13 contacturen Werkvormen en Praktische Oef.
- Inhoud
Inleiding tot de kwantumchemie geeft een beknopte inleiding tot een traject in de kwantummechanica waarop de vakken Fysicochemie: kwantumchemie (3BA) en Molecular Physical Chemistry (Master of Science in de Chemie) aansluiten. Er wordt vertrokken van een historische inleiding over de invoering van het kwantisatieconcept (Planck, Einstein, Bohr) en de noodzaak van het formuleren van een golfvergelijking. Na het introduceren van de postulaten van de kwantummechanica wordt het algemeen formalisme van de kwantummechanica toegelicht. Als toepassing, met verwijzing naar de IR spectroscopie, wordt de harmonische oscillator uitgewerkt. Als laatste exact oplosbaar systeem wordt het waterstofatoom besproken.
De cursus heeft een documenterend karakter in de inleidende hoofdstukken (Deel 0). Naar het einde van dit deel en in Delen 1 en 2 wordt meer aandacht besteed aan wiskundige afleidingen zonder dat deze de overhand nemen op fysisch inzicht. Niettemin bezit de student op het eind van de cursus een basis-rekenvaardigheid die uitvoerig zal worden geoefend tijdens het semester en getest tijdens het eindexamen. Deze vaardigheid is nodig om de aansluitende cursussen in 3BA en 1MA te kunnen volgen. De oefeningensessies hebben als doel enerzijds deze rekenvaardigheid in te oefenen en anderzijds het fysisch inzicht te verdiepen door de confrontatie met chemisch relevante problemen.
Deel 0: Inleiding tot de Kwantummechanica
- Oorsprong van de kwantummechanica: falen van de klassieke fysica en invoering van het kwantisatiebegrip
- De golf-deeltjesdualiteit
- De dynamica van microscopische systemen: de Schrödingervergelijking
- Kwantummechanische principes
Deel 1: Algemeen Formalisme van de Kwantummmechanica
- Postulaten
- Hermitische operatoren en fysische grootheden
- De tijdsafhankelijke Schrödingervergelijking
Deel 2: Exact oplosbare systemen
- De harmonische oscillator
- Een deeltje in een centraal krachtveld
Oefeningen:
- Zwartlichaamstraling
- Fotoelektrisch effect
- Eigenschappen van hermitische operatoren
- Deeltje in een doos (1 en 3D) met als toepassing het UV /VIS spectrum van lineaire polyenen
- Harmonische oscillator: concrete situatie van de OH binding
- 3D (gedeeltelijk) isotrope harmonische oscillator
- Het pz-orbitaal
- Pooldiagrammen voor d-orbitalen
- Studiemateriaal
- Cursustekst (Vereist) : Inleiding tot de kwantumchemie, Hoofdauteur: Prof. Paul Geerlings Co-auteur: Dr. Freija De Vleeschouwer, VUB, 2220170009308, 2022
Handboek (Aanbevolen) : Molecular Quantum Mechanics, P.W.Atkins en R.S.Friedman, 5de, Oxford University Press,Oxford, 9780199541423, 2010
Digitaal cursusmateriaal (Vereist) : slides hoofdstuk 0
Digitaal cursusmateriaal (Vereist) : oefentesten
- Bijkomende info
Niet van toepassing.
- Leerresultaten
-
Algemene competenties
De student
- kan in eigen woorden de noodzaak van de invoering van de kwantummechanica formuleren met behulp van concrete voorbeelden en duiding van de verschillen met de klassieke mechanica.
- kan kernvergelijkingen uit het inleidende hoofdstuk 0 herinneren en toepassen op concrete opgaven en uitrekenen met behulp van een rekenmachine.
- kan de postulaten van de kwantummechanica benoemen en interpreteren, en de daarbij gebruikte symboliek en mathematisch arsenaal hanteren.
- kan de door de docent aangeduide wiskundige afleidingen reproduceren en correct toelichten.
- kan zowel algemene als concrete eigenschappen van golffuncties identificeren, verduidelijken en wiskundig onderbouwen. Voorbeelden zijn: orthonormaliteit van golffuncties, onzekerheidsprincipe van Heisenberg, commutativiteit.
- kan het begrip “stationaire oplossing” en het concept “onzekerheidsrelatie energie – tijd” uitleggen en kan, vertrekkende van de tijdsafhankelijke Schrödingervergelijking, wiskundig afleiden aan welke voorwaarden de operator moet voldoen opdat de bijhorende fysische observabele een behouden grootheid zou zijn.
- kan zelfstandig de kennis herinneren, toelichten en toepassen bij het oplossen van (chemisch relevante) problemen waarbij zowel conceptuele en rekentechnische vaardigheden aan bod komen. Voorbeelden zijn: het grafisch voorstellen van de eigenfuncties en het bepalen van eigenwaarden voor harmonische oscillator, deeltje in een doos en deeltje in een centraal krachtveld, van 1D naar 3D, bepaling van eigenfuncties.
De leerresultaten beschreven voor dit opleidingsonderdeel kaderen in de volgende opleidingsspecifieke leerresultaten van Bachelor in de Chemie:
- Leerresultaat 1: De bachelor heeft een diepgaande kennis van en inzicht in de grondslagen van de basiswetenschappen.
- Leerresultaat 2: De bachelor is ingeleid in de hoofdgebieden van de chemie, met inbegrip van de biochemie, en hun toepassingen.
- Leerresultaat 4: De bachelor is in staat om bij te dragen tot het oplossen van wetenschappelijke problemen en kan de verworven theoretische kennis in de praktijk toepassen.
- Beoordelingsinformatie
-
De beoordeling bestaat uit volgende opdrachtcategorieën:
Examen Andere bepaalt 100% van het eindcijfer
Binnen de categorie Examen Andere dient men volgende opdrachten af te werken:
- gewogen gemiddelde
met een wegingsfactor 1
en aldus 100% van het totale eindcijfer.
Toelichting: zie bijkomende info mbt examinering
- Aanvullende info mbt evaluatie
Het examen bestaat uit een schriftelijke toets van open vragen (gesloten boek) met mondelinge verderzetting. Daarnaast worden een aantal meerkeuzevragen of vragen met meerdere antwoorden, getrokken uit de set vragen van de oefentoetsen, opgenomen in het schriftelijk examen.
In het schriftelijk examen wordt naast het toetsen van theoretische kennis (het reproduceren en toelichten van wiskundige afleidingen) vooral de nadruk gelegd op het begrip en de toepassing van kennis en wiskundige technieken, in combinatie met het probleemoplossend vermogen van de student. Het mondelinge examen bouwt voort op het schriftelijk gedeelte, waarbij de student een vraag naar keuze mag bespreken met de docent.
- Toegestane onvoldoende
- Kijk in het aanvullend OER van je faculteit na of een toegestane onvoldoende mogelijk is voor dit opleidingsonderdeel.
Academische context
Deze aanbieding maakt deel uit van de volgende studieplannen:
Bachelor in de chemie: Standaard traject
Educatieve master in de wetenschappen en technologie: biologie (120 ECTS, Etterbeek)
Educatieve master in de wetenschappen en technologie: geografie (120 ECTS, Etterbeek)
Educatieve master in de wetenschappen en technologie: fysica (120 ECTS, Etterbeek)
Educatieve master in de wetenschappen en technologie: wiskunde (120 ECTS, Etterbeek)
Educatieve master in de wetenschappen en technologie: ingenieurswetenschappen (120 ECTS, Etterbeek)