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EINFÜHRUNG IN DIE THEORETISCHE CHEMIE

(WS 2004/2005)    21310 V/Ü (2+3)

Vorlesung mit Computerübungen:

V: Do. 14:00-16:00 im SR. 34.16, Takustr. 3
Ü: n.V.

Begin: 21. Oktober 2004

Die Lehrveranstaltung richtet sich an Studierende der Chemie im Grundstudium oder im Bacherlorstudium mit Vorkenntnissen in PCI. Interessierte Studierende andere Fächer mit äquivalente Vorkenntnissen sind auch willkommen.

Die Vorlesungen und Übungen werden auf Deutsch gehalten.

Dozenten

Prof. Dr. J. Manz
Dr. O. Kühn
Dr. L. González
Dr. M. Leibscher

Inhalt der Vorlesung

  • Wiederholung von Grundlagen der Quantenmechanik
  • Wasserstoffatom und Atomorbitale: Wiederholung und Vertiefung
  • Traslationsbewegung eines freien Teilchens:
    • 1. Gauss'sches Wellenpaket 
    2. Mittelwert, Varianz, Dispersion, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
    3. Ehrenfest-Theorem: Übergang von Quantenmechanik zur klassischen Mechanik 
    4. Orts- und Impulsdarstellung, Fourier-Transformation
  • Separation von Kern- und Elektronenbewegung
    • 1. Born-Oppenheimer Näherung
    2. Potentialflächen und nicht-adiabatische Kopplungen 
    3. Überblick über quantenchemische Programme mit einfachen Anwendungen;
    Pragmatische Einführung in Variationsprinzip, Basissätze, HOMO/LUMO; Elektronendichte
    4. Berechnung von Potentialflächen
    5. Geometrie-Optimierung, Bestimmung von Potentialminima und Barrieren;
    Konformation, 2-atomiges Molekül (z.B. NaCl), polyatomige Moleküle (z.B. NH3, Butan)
  • Kerndynamik bei Separation der Orts- und Zeitvariablen
    • 1. Schwingungs-Rotations-Eigenzustände
    2. Zweiatomiges Molekül: Harmonische und anharmonische Näherung (Morsepotential)
    3. Schwingungseigenzustände, -frequenzen und spektren
  • Kerndynamik ohne Separation der Variablen
    • 1. Kohärente Zustände als Superposition von Eigenzuständen mit zeitabhängigen Phasen 
    2. Zeitabhängige Bewegungen im harmonischen und anharmonischen Potential, 
    Gauss'sche Wellenpakete, squeezed states, Dispersion, Rekurrenzen 
    3. Vergleich klassische Mechanik - Quantenmechanik
  • Kernschwingungen mehratomiger Moleküle
    • 1. Normalschwingungen (z.B. C02, H20)   
    2. Inversionsschwingung und Tunneln im Doppelminimum-Potential
  • Elementare Modelle für bimolekulare Reaktionen
    • 1. Transmission und Reflexion an einer Potential-Barriere 
    2. Resonanzen und Tunneln
  • Zeitabhängige quantenmechanische Beschreibung von Molekülen im Laserfeld
    • 1. Infrarotanregung eines 2-atomigen Moleküls 
    2. Wellenpaket-Korrelationsfunktion-Spektrum 
  • Laseranregung eines 2-Zustands-Modells Rabi-Zyklen,
    • Optimale Laserpulse (π-Pulse) zur Populations-Inversion




Übungen

Die Themen den Vorlesung werden durch Computerübungen (Matlab und Spartan) anhand von
Modelsystemen der Chemie vertieft.

Benotung

Für dieses Wahlpflichtmodul der Physikalischen/Theoretischen Chemie werden 6 LP vergeben (2 SWS Vorlesung plus 3 SWS Übungen).