Φυσικοχημεία Ι (ΧΜ420)

Στόχος του μαθήματος είναι η ανάπτυξη δεξιοτήτων σχετικά με τα εξής: Επίλυση της εξίσωσης Schrödinger για τον προσδιορισμό κυματοσυναρτήσεων. Eφαρμογή κατάλληλων τελεστών στην κυματοσυνάρτηση για τη λήψη πληροφοριών που σχετίζονται με τις φυσικές ιδιότητες ενός σωματιδίου, όπως η θέση, η ορμή και η ενέργειά του. Προσδιορισμός της ηλεκτρονικής δομής ενός ατόμου με βάση την κβαντική θεωρία και συσχέτισή της με τις ιδιότητές του και την αλληλεπίδρασή του με την ακτινοβολία. Ερμηνεία ατομικών φασμάτων. Ερμηνεία των φασμάτων δόνησης και περιστροφής των μορίων και εξαγωγής πληροφοριών σχετικών με τις φυσικές τους ιδιότητες.

Στόχοι Μαθήματος

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα πρέπει: Να έχει κατανοήσει τις θεμελιώδεις έννοιες της κβαντικής μηχανικής, όπως η εξίσωση Schr?dinger, η κυματοσυνάρτηση και η φυσική της σημασία, η κβάντωση, και οι αναμενόμενες τιμές. Να έχει κατανοήσει την κβαντομηχανική περιγραφή της μεταφορικής, της περιστροφικής και της δονητικής κίνησης ενός σωματιδίου, και να μπορεί να συζητήσει τις αντίστοιχες κυματοσυναρτήσεις και τα ενεργειακά επίπεδα. Να έχει αφομοιώσει τις έννοιες του spin και της τροχιακής στροφορμής και να μπορεί να εξηγήσει το φαινόμενο Zeeman και τη σύζευξη spin-τροχιάς. Να έχει καταλάβει τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κβαντική μηχανική για την περιγραφή της ηλεκτρονικής δομής των υδρογονοειδών και των πολυηλεκτρονιακών ατόμων. Να έχει αποκτήσει βασικές γνώσεις για την προσέγγιση των μοριακών τροχιακών και για τις μεθόδους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την περιγραφή της δομής των διατομικών και των πολυατομικών μορίων. Να έχει κατανοήσει την προέλευση των ατομικών και των μοριακών φασμάτων και των κανόνων επιλογής που τα διέπουν.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Απαιτούνται στοιχειώδεις γνώσεις μαθηματικών (μιγαδικοί αριθμοί, απλές διαφορικές εξισώσεις, παράγωγοι και ολοκληρώματα).

Περιεχόμενα

Εισαγωγή στην Κβαντική Θεωρία. Κλασσική Μηχανική και αδυναμίες της. Η δυναμική των μικροσκοπικών συστημάτων. Αρχές της Κβαντικής Μηχανικής. Τεχνικές και Εφαρμογές. Μεταφορική κίνηση. Δονητική κίνηση. Περιστροφική κίνηση. Ατομική Δομή και Ατομικά Φάσματα. Δομή και φάσματα υδρογονοειδών ατόμων. Τα ατομικά τροχιακά και οι ενέργειές τους. Δομή και φάσματα πολυηλεκτρονιακών ατόμων. Συμβολισμός ατομικών καταστάσεων και κανόνες επιλογής. Επίδραση εξωτερικών δυναμικών πεδίων. Μοριακή δομή και μοριακά φάσματα.  Θεωρία μοριακών τροχιακών. Το ιόν του μοριακού υδρογόνου. Δομή διατομικών μορίων. Δομή πολυατομικών μορίων. Φάσματα περιστροφής διατομικών και πολυατομικών μορίων. Φάσματα δόνησης διατομικών μορίων. Εισαγωγή στις ηλεκτρονικές μεταπρώσεις και τα ηλεκτρονικά φάσματα.