Είσοδος

Κβαντική Χημεία και Εφαρμογές Φασματοσκοπίας Laser

Γενικά στοιχεία

 

 
Γνωριμία με το αντικείμενο του μαθήματος

Η χημεία είναι μια μοριακή επιστήμη και στόχος των χημικών είναι η κατανόηση της μακροσκοπικής συμπεριφοράς όσον αφορά τις ιδιότητες των μορίων. Π.χ. το Η2 είναι πολύ καλό καύσιμο, γιατί η ενέργεια που εκλύεται κατά το σχηματισμό του Η2Ο είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν που απαιτείται για το σπάσιμο του δεσμού στα αντιδρώντα.

Η κβαντική μηχανική είναι μια από τις πιο σημαντικές και γοητευτικές κατακτήσεις του ανθρώπινου μυαλού. Η γνώση της επιτρέπει θεωρητικά την κατανόηση και την πρόβλεψη της συμπεριφοράς όλων των ατομικών και μοριακών συστημάτων. Όταν η κβαντική θεωρία συνδυαστεί με τις αρχές της στατιστικής, όλες οι θερμοδυναμικές ιδιότητες μπορούν να υπολογιστούν ποσοτικά. Επίσης η κβαντική θεωρία είναι το υπόβαθρο όλων των φασματοσκοπιών. Η κβαντική θεωρία ερμηνεύει και προβλέπει τη συμπεριφορά των σωματιδίων όπως είναι τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια, τα νετρόνια, οι ατομικοί πυρήνες, τα άτομα, τα μόρια και τα φωτόνια. Απ’ αυτή προκύπτουν οι νόμοι της χημείας, καθώς και οι ερμηνείες για τις ιδιότητες των υλικών όπως είναι τα κρύσταλλα, οι ημιαγωγοί, οι υπεραγωγοί και τα υπερρευστά.

Στη σημερινή εποχή η κβαντομηχανική αποτελεί μέρος της ζωής μας. Τα τρανζίστορ, τα chips των υπολογιστών, τα laser και τα maser είναι αποτέλεσμα εφαρμογών της κβαντικής θεωρίας. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν ακόμη τα cd και τα ολοκληρωμένα μέρη των υπολογιστών. Όλες οι φασματοσκοπικές μέθοδοι δε θα ήταν δυνατές, αν τα άτομα και τα μόρια θα είχαν οποιαδήποτε τιμή ενέργειας, όπως προβλέπεται από την κλασική φυσική, η οποία δεν μπορεί να ερμηνεύσει γιατί ο γραφίτης άγει το ηλεκτρικό ρεύμα, ενώ το διαμάντι όχι ή γιατί το φώς που εκπέμπεται από λάμπα υδρογόνου εμφανίζεται μόνο σε μικρό μήκος κύματος ή γιατί η δομή του Η2Ο είναι διαφορετική απ’ αυτή του Η2S.

Εφαρμογή της κβαντικής μηχανικής έχουμε ακόμα και στη βιολογία, κυρίως στη μοριακή βιολογία, η οποία κερδίζει από τους κβαντικούς υπολογισμούς των χημικών ιδιοτήτων των σημαντικών βιολογικών μορίων, που τώρα είναι αρκούντως ακριβείς, ώστε τα μόρια να σχεδιάζονται για ειδικές εφαρμογές πριν δοκιμαστούν στο εργαστήριο.

Όσο οι επιστήμες τώρα επικεντρώνονται σε μοριακό επίπεδο, τόσο οι επιστήμονες θα πρέπει να μπορούν να σκέπτονται με όρους κβαντομηχανικής. Έτσι η κβαντική είναι ένα βασικό κομμάτι των γνώσεων του χημικού μηχανικού.        

Περιεχόμενα

1.      Εισαγωγή στην Κβαντομηχανική

2.      Κβαντική θεωρία

Εργασία: Πειράματα που αποδεικνύουν τη δυαδική φύση της ύλης

3.      Η κυματική φύση της ύλης

4.      Μαθηματικά της Κβαντομηχανικής

5.      Βασικά αιτήματα της Κβαντομηχανικής

6.      Σωματίδιο εντός φρέατος δυναμικού – Συνέπειες

Εργασία: ηλεκτρόνια σθένους

                  π e- σε μόρια

                  γιατί το Νa- είναι αγωγός και το διαμάντι μονωτής

                  αντιδράσεις

7.      Αρμονικός Ταλαντωτής – Μοριακές δονήσεις

8.      Περιστρεφόμενος Αλτήρας (Rigid Rotor)

9.      Άτομο υδρογόνου

10. Άτομο He

11. Spin ηλεκτρονίων – Απαγορευτική Αρχή Pauli

12. Χημικοί δεσμοί στα H2+ και Η2

 

 

Laser

1.      Γενικά

2.      Laser He-Na

3.      Κατηγορίες Laser

4.      Εφαρμογές



Συγχρηματοδότηση
από την Ε.Ε.