Основы квантовой химии

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Основы квантовой химии

Содержание

2. Основы квантовой химии и строение вещества
3. Основы квантовой химии и строение вещества
4. Формы обучения ЛЕКЦИИ (4/6 часов в неделю) СЕМИНАРЫ (4 часа в неделю) Текущий контроль посещаемость (явочные
5. Рейтинг от 61 до 75 % – 3 (удовлетворительно) от 76 до 90 % – 4
6. Рейтинг от 0 до 60 % – «незачет» от 61 до 100 % – «зачет»
7. Рекомендуемая литература Паничев С.А. Физические основы квантовой химии. Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2008. Паничев С.А. Строение атомов
8. СТРУКТУРАЛИЗМ Цель ХИМИИ как науки — нахождение эффективных способов получения полезных веществ посредством ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
9. Способы получения ответов ЭМПИРИЧЕСКИЙ способ а) приготовление системы б) наблюдение в) запись в виде ПРОТОКОЛА
10. ДОСТОИНСТВА — объективность и надежность НЕДОСТАТКИ — трудоемкость и неудобство использования Любой желающий может воспроизвести процедуры,
11. ИНДУКТИВНЫЙ способ а) получение экспериментальных данных б) индуктивное обобщение данных в) установление ЗАКОНА
12. НЕДОСТАТОК — некоторая доля неопределенности и субъективности Какой вариант следует использовать?
13. Р. Фейнман (лауреат NP по физике): Сначала мы наблюдаем явления, затем с помощью измерений получаем числа,
14. СТРУКТУРНЫЙ способ Зная СТРОЕНИЕ некоторого объекта, мы можем предвидеть его СВОЙСТВА и способы ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
15. Основная задача СТРУКТУРАЛИЗМА — установление «строения» объекта ..???..
18. Структурная модель — идеальная конструкция, построенная из ПОНЯТИЙ и ПРАВИЛ. КАТЕГОРИАЛЬНО- ПОНЯТИЙНАЯ СТРУКТУРА (научный язык)
19. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СТРУКТУРАЛИЗМА
20. ЧАСТИЦА 1. Возможность выделения частицы в свободном виде 2. Возможность идентификации частицы посредством определения ее индивидуальных
21. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 1. Существование структуры как целого 2. Упорядоченное поведение частиц
22. Межчастичные ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Степень упорядоченности: от 0 (газ) до 1 (кристалл)
23. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ••• ⇔ кварк ⇔ нуклон ⇔ ядро ⇔ атом ⇔ молекула ⇔ ••• •••
24. Структурная задача № 1 (предсказать свойства атома по свойствам его ядра) ••• ⇔ ядро ⇔ атом
26. СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ Логический трафарет "частица ⇔ структура" применим к объектам любой природы и любых
27. ТРАНСФЕРАБЕЛЬНОСТЬ Одна и та же структурная модель может описывать множество реальных объектов разной природы и масштаба.
28. ТИПЫ СТРУКТУРАЛИЗМА И СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ структурализм МС = {множество + операции} 0 → 0 1
30. ГРУППА a * b = c В группе любой паре элементов (а, b) соответствует некоторый элемент
31. ВЕКТОРНОЕ (линейное) ПРОСТРАНСТВО α ⋅ a + β ⋅ b + γ ⋅ c + …
32. Топологический ГРАФ Примеры ВП — химические структурные формулы, электрические схемы, транспортные маршруты и т.д.
33. ФИЗИЧЕСКИЙ структурализм ФС = {частицы + механические связи} Одномерный потенциальный ящик Возвратно-поступательное движение (по инерции) Одномерный
34. ХИМИЧЕСКИЙ структурализм ХС = {частицы + химические связи} Молекула = { атомы + химические связи }
35. Физико-математический изоморфизм Физические частицы (электроны, ядра, атомы, молекулы) и взаимодействия (силы) Математические объекты (числа, векторы, матрицы,
36. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СТРУКТУРАЛИЗМА Идеализированный характер структурных моделей Любая структурная модель отражает не все свойства реального прототипа,
37. Неоднозначность (не единственность)
38. ХИМИЧЕСКАЯ структурная модель: Молекула = (атомы + химические связи) ФИЗИЧЕСКАЯ структурная модель: Молекула = (атомные ядра
39. Юпитер
40. ВЫВОДЫ 1. П Р Е Д М Е Т О М науки о строении вещества являются
42. Скачать презентацию

Слайд 2

Основы квантовой химии и строение вещества

Слайд 3

Основы квантовой химии и строение вещества

Слайд 4

Формы обучения
ЛЕКЦИИ (4/6 часов в неделю)
СЕМИНАРЫ (4 часа в неделю)
Текущий контроль
посещаемость

(явочные листы)
контрольные опросы на лекциях
домашние задания по темам семинарских занятий
итоговая контрольная работа
Итоговый контроль
рейтинг-листы, суммирующие показатели по всем видам текущего контроля
семестровый ЗАЧЕТ (ОКХ) и ЭКЗАМЕН (СВ)

Слайд 5

Рейтинг
от 61 до 75 % – 3 (удовлетворительно)
от 76 до 90

% – 4 (хорошо)
от 91 до 100 % – 5 (отлично)

Слайд 6

Рейтинг
от 0 до 60 % – «незачет»
от 61 до 100 %

– «зачет»

Слайд 7

Рекомендуемая литература
Паничев С.А. Физические основы квантовой химии. Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2008.
Паничев

С.А. Строение атомов и молекул. Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2008.
Паничев С.А. Математические модели в курсах «Строение вещества» и «Квантовая механика и квантовая химия». Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2003.
Паничев С.А. Физические модели в курсах «Строение вещества» и «Квантовая механика и квантовая химия». Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2003.
Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. Ростов на Дону.: Феникс, 1997.
Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Мир. 2001.
http://elementy.ru/ (портал о фундаментальной науке)

Слайд 8

СТРУКТУРАЛИЗМ
Цель ХИМИИ как науки — нахождение эффективных способов получения полезных веществ

посредством ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

Слайд 9

Способы получения ответов
ЭМПИРИЧЕСКИЙ способ
а) приготовление системы
б) наблюдение
в) запись в виде ПРОТОКОЛА

Слайд 10

ДОСТОИНСТВА — объективность и надежность
НЕДОСТАТКИ — трудоемкость и неудобство использования
Любой желающий

может воспроизвести процедуры, описаные в протоколе, и получить те же самые результаты

Каждый год в химических журналах публикуется более миллиона страниц протоколов

Слайд 11

ИНДУКТИВНЫЙ способ
а) получение экспериментальных данных
б) индуктивное обобщение данных
в) установление ЗАКОНА

Слайд 12

НЕДОСТАТОК — некоторая доля неопределенности и субъективности
Какой вариант следует использовать?

Слайд 13

Р. Фейнман (лауреат NP по физике):
Сначала мы наблюдаем явления, затем

с помощью измерений получаем числа, и, наконец, находим закон, связывающий эти числа.
Но истинное величие науки состоит в том, что мы можем найти такой СПОСОБ РАССУЖДЕНИЙ, при котором закон становится очевидным.

СТРУКТУРНЫЙ способ

ОБЪЕКТ

Слайд 14

СТРУКТУРНЫЙ способ
Зная СТРОЕНИЕ некоторого объекта, мы можем предвидеть его СВОЙСТВА и

способы ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Слайд 15

Основная задача СТРУКТУРАЛИЗМА — установление «строения» объекта
..???..

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Структурная модель — идеальная конструкция, построенная из ПОНЯТИЙ и ПРАВИЛ.
КАТЕГОРИАЛЬНО- ПОНЯТИЙНАЯ

СТРУКТУРА
(научный язык)

Слайд 19

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СТРУКТУРАЛИЗМА

Слайд 20

ЧАСТИЦА
1. Возможность выделения частицы в свободном виде
2. Возможность идентификации частицы посредством

определения ее индивидуальных характеристик (заряд, масса, спин и т.д.)

Слайд 21

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
1. Существование структуры как целого
2. Упорядоченное поведение частиц

Слайд 22

Межчастичные ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Степень упорядоченности: от 0 (газ) до 1 (кристалл)

Слайд 23

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ
••• ⇔ кварк ⇔ нуклон ⇔ ядро ⇔ атом ⇔

молекула ⇔ •••

••• ⇔ элемент ⇔ соединение ⇔ смесь ⇔ •••

••• ⇔ клетка ⇔ ткань ⇔ орган ⇔ организм ⇔ •••

Слайд 24

Структурная задача № 1
(предсказать свойства атома по свойствам его ядра)

••• ⇔ ядро ⇔ атом ⇔ молекула ⇔ •••

Структурная задача № 2
(предсказать свойства молекулы по свойствам составляющих ее атомов)

Слайд 25

Слайд 26

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ
Логический трафарет "частица ⇔ структура" применим к объектам

любой природы и любых масштабов — от галактик до элементарных частиц.

САМОДОСТАТОЧНОСТЬ
Любая структурная задача включает в себя только один структурный уровень. Существование других уровней при решении конкретной структурной задачи можно не учитывать.
Свойства молекулы

Слайд 27

ТРАНСФЕРАБЕЛЬНОСТЬ
Одна и та же структурная модель может описывать множество реальных

объектов разной природы и масштаба.

Слайд 28

ТИПЫ СТРУКТУРАЛИЗМА И СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ структурализм
МС = {множество + операции}
0 →

0 1 → 1 2 → 4 3 → 9 4 → 6
5 → 5 6 → 6 7 → 9 8 → 4 9 → 1

Слайд 29

Слайд 30

ГРУППА
a * b = c
В группе любой паре элементов (а, b)

соответствует некоторый элемент (с) того же множества

Примеры групп
совокупность ОПЕРАЦИЙ СИММЕТРИИ любой молекулы
совокупность МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (сдвигов) в пространстве
совокупность последовательных ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Слайд 31

ВЕКТОРНОЕ (линейное) ПРОСТРАНСТВО
α ⋅ a + β ⋅ b + γ

⋅ c + … = d

любому набору элементов множества (а, b, с, …) и числовых коэффициентов (α, β, γ, …) соответствует некоторый элемент (d) того же множества

Примеры ВП — совокупности
АТОМНЫХ и МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ,
МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ молекулы,
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ в некоторой системе и т.д.

Слайд 32

Топологический ГРАФ
Примеры ВП — химические структурные формулы, электрические схемы, транспортные маршруты

и т.д.

Слайд 33

ФИЗИЧЕСКИЙ структурализм
ФС = {частицы + механические связи}
Одномерный потенциальный ящик
Возвратно-поступательное движение (по

инерции)

Одномерный осциллятор

Колебательное движение (под действием внешней силы)

Слайд 34

ХИМИЧЕСКИЙ структурализм
ХС = {частицы + химические связи}
Молекула = { атомы +

химические связи }

Соединение = { элементы + химические взаимодействия }

Вода = 2 (водород) + 1 (кислород) или Н2О

Слайд 35

Физико-математический изоморфизм
Физические частицы (электроны, ядра, атомы, молекулы) и взаимодействия (силы)
Математические

объекты (числа, векторы, матрицы, функции) и связи (операции)

Слайд 36

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СТРУКТУРАЛИЗМА
Идеализированный характер структурных моделей
Любая структурная модель отражает не

все свойства реального прототипа, а только некоторые, являющиеся существенными для решаемой задачи.

Модель «многомерного осциллятора» отражает способность молекулы участвовать в колебательном движении, но ничего не говорит о ее химических свойствах.
«Радикально-функциональная модель» отражает химические свойства молекулы, но ничего не говорит о возможностях ее участия в колебательном движении.

Слайд 37

Неоднозначность (не единственность)

Слайд 38

ХИМИЧЕСКАЯ структурная модель:
Молекула = (атомы + химические связи)
ФИЗИЧЕСКАЯ структурная модель:
Молекула =

(атомные ядра + электроны + электромагнитные взаимодействия)

Какая из моделей правильная?

Если нас интересуют ХИМИЧЕСКИЕ свойства молекулы, то правильной является ХИМИЧЕСКАЯ структурная модель.
Если нас интересуют ФИЗИЧЕСКИЕ свойства молекулы, правильной является ФИЗИЧЕСКАЯ структурная модель.

Слайд 39

Юпитер

Слайд 40

ВЫВОДЫ
1. П Р Е Д М Е Т О М науки

о строении вещества являются способы описания реальных объектов посредством сопоставления каждому из них некоторой структурной модели (или совокупности таких моделей) и установление взаимосвязей между свойствами структуры, свойствами частиц и свойствами взаимодействий,
2. М Е Т О Д О М науки о строении вещества является конструирование структурных моделей различных типов.

Основы квантовой химии

Содержание

Основы квантовой химии и строение вещества

Основы квантовой химии и строение вещества

Формы обученияЛЕКЦИИ (4/6 часов в неделю)СЕМИНАРЫ (4 часа в неделю)Текущий контрольпосещаемость

Рейтингот 61 до 75 % – 3 (удовлетворительно)от 76 до 90

Рейтингот 0 до 60 % – «незачет»от 61 до 100 %

Рекомендуемая литератураПаничев С.А. Физические основы квантовой химии. Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2008.Паничев

СТРУКТУРАЛИЗМЦель ХИМИИ как науки — нахождение эффективных способов получения полезных веществ

Способы получения ответовЭМПИРИЧЕСКИЙ способа) приготовление системыб) наблюдениев) запись в виде ПРОТОКОЛА

ДОСТОИНСТВА — объективность и надежностьНЕДОСТАТКИ — трудоемкость и неудобство использованияЛюбой желающий

ИНДУКТИВНЫЙ способа) получение экспериментальных данныхб) индуктивное обобщение данныхв) установление ЗАКОНА

НЕДОСТАТОК — некоторая доля неопределенности и субъективностиКакой вариант следует использовать?

Р. Фейнман (лауреат NP по физике): Сначала мы наблюдаем явления, затем

СТРУКТУРНЫЙ способЗная СТРОЕНИЕ некоторого объекта, мы можем предвидеть его СВОЙСТВА и

Основная задача СТРУКТУРАЛИЗМА — установление «строения» объекта..???..

Структурная модель — идеальная конструкция, построенная из ПОНЯТИЙ и ПРАВИЛ.КАТЕГОРИАЛЬНО- ПОНЯТИЙНАЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СТРУКТУРАЛИЗМА

ЧАСТИЦА1. Возможность выделения частицы в свободном виде2. Возможность идентификации частицы посредством

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ1. Существование структуры как целого2. Упорядоченное поведение частиц

Межчастичные ВЗАИМОДЕЙСТВИЯСтепень упорядоченности: от 0 (газ) до 1 (кристалл)

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ••• ⇔ кварк ⇔ нуклон ⇔ ядро ⇔ атом ⇔

Структурная задача № 1 (предсказать свойства атома по свойствам его ядра)

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙУНИВЕРСАЛЬНОСТЬ Логический трафарет "частица ⇔ структура" применим к объектам

ТРАНСФЕРАБЕЛЬНОСТЬ Одна и та же структурная модель может описывать множество реальных

ТИПЫ СТРУКТУРАЛИЗМА И СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙМАТЕМАТИЧЕСКИЙ структурализмМС = {множество + операции}0 →

ГРУППАa * b = cВ группе любой паре элементов (а, b)

ВЕКТОРНОЕ (линейное) ПРОСТРАНСТВОα ⋅ a + β ⋅ b + γ

Топологический ГРАФПримеры ВП — химические структурные формулы, электрические схемы, транспортные маршруты

ФИЗИЧЕСКИЙ структурализмФС = {частицы + механические связи}Одномерный потенциальный ящикВозвратно-поступательное движение (по

ХИМИЧЕСКИЙ структурализмХС = {частицы + химические связи}Молекула = { атомы +

Физико-математический изоморфизм Физические частицы (электроны, ядра, атомы, молекулы) и взаимодействия (силы)Математические

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СТРУКТУРАЛИЗМА Идеализированный характер структурных моделейЛюбая структурная модель отражает не

Неоднозначность (не единственность)

ХИМИЧЕСКАЯ структурная модель:Молекула = (атомы + химические связи)ФИЗИЧЕСКАЯ структурная модель:Молекула =

Юпитер

ВЫВОДЫ1. П Р Е Д М Е Т О М науки

Похожие презентации

Формы обучения
ЛЕКЦИИ (4/6 часов в неделю)
СЕМИНАРЫ (4 часа в неделю)
Текущий контроль
посещаемость

Рейтинг
от 61 до 75 % – 3 (удовлетворительно)
от 76 до 90

Рейтинг
от 0 до 60 % – «незачет»
от 61 до 100 %

Рекомендуемая литература
Паничев С.А. Физические основы квантовой химии. Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2008.
Паничев

СТРУКТУРАЛИЗМ
Цель ХИМИИ как науки — нахождение эффективных способов получения полезных веществ

Способы получения ответов
ЭМПИРИЧЕСКИЙ способ
а) приготовление системы
б) наблюдение
в) запись в виде ПРОТОКОЛА

ДОСТОИНСТВА — объективность и надежность
НЕДОСТАТКИ — трудоемкость и неудобство использования
Любой желающий

ИНДУКТИВНЫЙ способ
а) получение экспериментальных данных
б) индуктивное обобщение данных
в) установление ЗАКОНА

НЕДОСТАТОК — некоторая доля неопределенности и субъективности
Какой вариант следует использовать?

Р. Фейнман (лауреат NP по физике):
Сначала мы наблюдаем явления, затем

СТРУКТУРНЫЙ способ
Зная СТРОЕНИЕ некоторого объекта, мы можем предвидеть его СВОЙСТВА и

Основная задача СТРУКТУРАЛИЗМА — установление «строения» объекта
..???..

Структурная модель — идеальная конструкция, построенная из ПОНЯТИЙ и ПРАВИЛ.
КАТЕГОРИАЛЬНО- ПОНЯТИЙНАЯ

ЧАСТИЦА
1. Возможность выделения частицы в свободном виде
2. Возможность идентификации частицы посредством

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
1. Существование структуры как целого
2. Упорядоченное поведение частиц

Межчастичные ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Степень упорядоченности: от 0 (газ) до 1 (кристалл)

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ
••• ⇔ кварк ⇔ нуклон ⇔ ядро ⇔ атом ⇔

Структурная задача № 1
(предсказать свойства атома по свойствам его ядра)

СВОЙСТВА СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ
Логический трафарет "частица ⇔ структура" применим к объектам

ТРАНСФЕРАБЕЛЬНОСТЬ
Одна и та же структурная модель может описывать множество реальных

ТИПЫ СТРУКТУРАЛИЗМА И СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ структурализм
МС = {множество + операции}
0 →

ГРУППА
a * b = c
В группе любой паре элементов (а, b)

ВЕКТОРНОЕ (линейное) ПРОСТРАНСТВО
α ⋅ a + β ⋅ b + γ

Топологический ГРАФ
Примеры ВП — химические структурные формулы, электрические схемы, транспортные маршруты

ФИЗИЧЕСКИЙ структурализм
ФС = {частицы + механические связи}
Одномерный потенциальный ящик
Возвратно-поступательное движение (по

ХИМИЧЕСКИЙ структурализм
ХС = {частицы + химические связи}
Молекула = { атомы +

Физико-математический изоморфизм
Физические частицы (электроны, ядра, атомы, молекулы) и взаимодействия (силы)
Математические

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СТРУКТУРАЛИЗМА
Идеализированный характер структурных моделей
Любая структурная модель отражает не

ХИМИЧЕСКАЯ структурная модель:
Молекула = (атомы + химические связи)
ФИЗИЧЕСКАЯ структурная модель:
Молекула =

ВЫВОДЫ
1. П Р Е Д М Е Т О М науки