Строение вещества - Тверской государственный университет

I. Аннотация
1. Цели и задачи дисциплины (модуля)
Строение вещества - одна из главных проблем современного
естествознания, затрагивающая глубокие основы физики, химии, биологии,
наук о Земле и космосе, а также философии. Исследование вещества вносит
весомый вклад в научную картину мира (природы), обогащает
познавательный (понятийный) аппарат науки. Знание строения веществ
необходимо и для понимания их свойств, следовательно, для
целенаправленного поиска новых веществ и материалов с заранее
заданными свойствами.
Учитывая, что элементарные частицы, атомные ядра, атомы и
атомные ионы изучаются в курсе общей физики, агрегатные состояния
веществ - в курсах физики, физической химии или кристаллохимии,
основное содержание курса «Строение вещества» должно составлять
строение молекул и других химических частиц (молекулярных ионов,
свободных радикалов, комплексов) и их свойства.
Поэтому предполагаемая стандартная программа переработана с
учетом указанных выше замечаний и основное внимание обращено на
теоретические основы учения о строении молекул.
Изучение дисциплины «Строение вещества» познакомить студента с
теоретическими основами учения о строении молекул, макротел и их
свойствами.
Задачи дисциплины
• Ознакомить с основными теориями в области строения молекул;
•
•
•
Ознакомить с симметрией молекулярных систем;
научить студентов пользоваться для конкретных целей теми
знаниями, которые
они
приобретают
в
ходе
изучения
фундаментальных наук, других
общепрофессиональных
и
специальных
дисциплин,
умению прослеживать многоуровневую
связь различных природных факторов;
повысить
уровень
профессиональной
компетентности
студентов посредством установления системы межпредметных связей
содержания курса с содержанием профилирующих дисциплин.
2.Место дисциплины в структуре ООП
Учебная дисциплина «Строение вещества» входит в вариативную часть
профессионального цикла дисциплин ООП, входит в модуль «дисциплины
подготовки по дополнительному виду профессиональной деятельности:
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ». Содержательно она закладывает
основы знаний для освоения дисциплин базовой части общенаучного цикла
магистратуры («Современные проблемы химии», «Компьютерные технологии в
науке и образовании») и базовой части профессионального цикла «Химические
основы биологических процессов».
3.Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы,
108 часов.
4. Планируемые результаты обучения по дисциплине (модулю)
Формируемые
Требования к результатам обучения
компетенции
В результате изучения дисциплины (модуля) студент
должен:
ПК-3
владение
•
системой
•
фундаментальных
химических
•
понятий
•
знать:
основные положения теории химического строения;
химическое и стереохимическое строение, типы
изомерии;
закономерности в координации атомов;
энергетические
состояния
(уровни)
молекул:
поступательные,
электронные,
колебательные
и
вращательные;
• геометрическую конфигурацию молекул;
• средние энергетические, электрические и магнитные
свойства;
• переходы между уровнями энергии и дать характеристику
спектров
молекул
(вращательных,
колебательновращательных, электронных);
уметь:
• определять симметрию (в виде точечной группы)
любой молекулы и устанавливать (на языке симметрии)
ее хиральность;
•
ввести валентные и невалентные взаимодействия
атомов и высказать основной постулат, связывающий
свойства веществ со строением молекул (и показать его
действие на примерах);
•
применять полученные знания на практике.
владеть:
 поиском информации в глобальной сети Интернет;
 современными компьютерными технологиями,
применяемыми при обработке результатов научных
экспериментов и сборе, обработке, хранении и передачи
информации при проведении самостоятельных научных
исследований.
5. Образовательные технологии
В процессе освоения дисциплины используются следующие
образовательные технологии, способы и методы формирования
компетенций: проблемная лекция, деловая учебная игра, упражнения,
подготовка письменных аналитических работ и рефератов.
6. Формы контроля
Оценка уровня сформированности компетенций осуществляется в
процессе следующих форм контроля:
 следящего (проводится оценка выполнения студентами заданий в ходе
аудиторных занятий);
 текущего (оценивается работа студентов вне аудиторных занятий);
 промежуточного (рейтинговые точки);
 итогового (зачет).
Формы и способы контроля соответствуют цели обучения и избранным
образовательным технологиям, методам формирования компетенций.
7. Язык преподавания русский.
II. Структура дисциплины (модуля)
1. Структура дисциплины (модуля) для студентов очной формы
обучения
Наименование разделов и тем
1.Введение
2. Теория химического строения
3. Физические основы учения
о строении молекул
4. Симметрия молекулярных систем
5. Геометрия молекул
6. Средние энергетические свойства
Всего
4
11
10
17
16
7
Аудиторные
занятия
Практи- Самосто
Лекц ческие
ии
(лабора- ятельная
торные) работа
работы
2
2
4
2
5
4
1
5
6
6
2
6
5
1
5
5
4
7. Электрические
и
магнитные свойства
8. Уровни энергии и переходы
между ними. Спектры
9. Межмолекулярное взаимодействие
10. Строение конденсированных фаз
ИТОГО
7
2
1
4
14
5
1
8
9
13
108
3
4
38
1
1
19
5
8
51
III. Фонды оценочных средств
1. Текущий контроль успеваемости
1. ВВЕДЕНИЕ
Особенности предмета изучения. Цель и задачи дисциплины. Её
место в системе наук.
Классическая теория строения молекул. Квантовая теория.
Современное учение о строении молекул.
Строение молекул и свойства и веществ.
2. ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
Основные положения теории химического строения. Валентность.
Структурная изомерия.
Химическая топология. Координация атомов.
Хиральность. Стереохимическая (абсолютная) конфигурация.
Конформация. Пространственная изомерия.
Внутримолекулярные взаимодействия. Связь свойств веществ и
строением молекул.
3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О СТРОЕНИИ МОЛЕКУЛ
Молекула как система материальных точек. Координаты.
Энергия молекулы в классической теории.
Молекулярное уравнение Шредингера.
Энергетические состояния молекул: поступательные, электронные,
колебательные, вращательные.
4. СИММЕТРИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ
Элементы и операции симметрии конечных фигур. Группы
симметрии (точечные группы). Элементы теории групп. Представления
групп и характеры. Систематика квантовых состояний молекул. Симметрия
АО и МО.
5. ГЕОМЕТРИЯ МОЛЕКУЛ
Понятие геометрической конфигурации. Геометрические параметры:
межъядерные расстояния (длины связей), валентные и азимутальные углы.
Закономерности в геометрической конфигурации.
Интерпретация геометрического строения на основе модели ОЭПВО,
концепции гибридизации, теории МО ЛКАО.
6. СРЕДНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Энергия и энтальпия образования. Энтальпия образование и
химическое строение. Энтальпия атомизации и средние энергии связей.
Энергии разрыва связей.
7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
Электрический дипольный момент, его определение. Влияние
симметрии. Векторная схема. Квадрупольный момент и высшие
мультиполи.
Поляризуемость. Эллиппсоид поляризуемости, его связь с
симметрией молекул.
Магнитные свойства. Магнитная восприимчивость.
8. УРОВНИ ЭНЕРГИИ И ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ НИМИ. СПЕКТРЫ
Атомные термы. Электронные состояния линейных и нелинейных
молекул. Потенциальная функция молекул. Функция Морзе.
Двухатомная
молекула
как
гармонический
осциллятор.
Двухатомная
молекула
в
ангармоническом
приближении.
Колебательные состояния многоатомных молекул. Нормальные колебания.
Двухатомная молекула как жесткий ротатор. Вращательные состояния
многоатомных молекул. Эллипсоид энергии, его связь с симметрией
молекул
Молекулярные спектры (вращательные, колебательно-вращательные,
электронно-колебательно-вращательные).
Определение
молекулярных
постоянных.
Магнитные взаимодействия. Эффект Зеемана. Магнитный резонанс:
ЭПР и ЯМР.
9. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Агрегатные состояния: газ, жидкость, твердое тело, плазма,
нейтронное состояние, эпиплазма.
Силы
межмолекулярного
взаимодействия
(ориентационная,
индукционная, дисперсионная составляющие). Силы отталкивания.
Электронное строение ряда молекул и молекулярных ионов.
Кривая потенциальной энергии взаимодействия двух частиц.
Модельные потенциалы.
10. СТРОЕНИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ФАЗ
Аморфные вещества.
Кристаллическая решетка и кристаллическая структура.
Изоморфизм. Полиморфизм.
Симметрия кристаллов. Внешняя и внутренняя симметрия.
Сингонии.
Типы кристаллов.
2. Промежуточная аттестация
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое
обеспечение самостоятельной работы студентов.
Планы и методические указания по подготовке к практическим
(семинарским) занятиям, выполнению лабораторных работ
Планы практических занятий и методические рекомендации по
подготовке к ним разработаны в соответствии с программой дисциплины
«Строение вещества» и предназначены для проведения практических
занятий и для самостоятельной подготовки студентов.
Практические занятия по дисциплине «Строение вещества»
являются одной из важнейших форм обучения студентов и проводятся с
целью углубления и закрепления знаний, привития навыков поиска,
обобщения и изложения материала.
Семинарские занятия могут проводиться следующими методами:
«дискуссии», «деловых игр» и др.
Конкретный метод проведения каждого семинарского занятия
накануне определяет преподаватель.
Темы практических (семинаских) занятий
1. Химическое и стереохимическое строение
Стереохимическая конфигурация и конформация. Основные типы
изомерии.
2. Симметрия молекул.
Определение точечных групп симметрии (на моделях).
3. Геометрия молекул
Интерпретация геометрического строения на основе модели ОЭПВО,
концепции гибридизации, теории МО ЛКАО.
4. Внутреннее вращение
Кривые внутреннего вращение (основные типы), их построение.
5. Электрические и магнитные свойства
Электрический дипольный момент, его определение и основные
закономерности. Поляризуемость.
Магнитные моменты атомов и молекул (орбитальные, спиновые,
полные). Магнитная восприимчивость.
6.
Уровни энергии и переходы между ними. Спектры
Электронные состояния атомов и молекул. Их систематика.
Колебания и колебательные состояния двух- и многоатомные молекул
в гармоническом и ангармоническом приближениях.
Вращение
и
вращательные
состояния
двухатомных
и
многоатомных молекул.
Спектры и строение двухатомны молекул.
Расщепление уровней энергии в магнитном поле. Магнитный
резонанс: ЭПР и ЯМР
7.
Межмолекулярное взаимодействие
Кривая потенциальной энергии взаимодействия двух частиц.
Модельные потенциалы.
Методические рекомендации по организации самостоятельной
работы
Государственным
образовательным
стандартом
высшего
профессионального образования предусматривается выделение в ученых
планах вузов времени, отводимого на самостоятельную (внеаудиторную)
работу студентов.
Главное в такой работе – это ее правильная организация, которая
включает в себя планирование, задаваемое тематическими планами и
последовательностью изучения дисциплин.
Самостоятельная работа по дисциплине «Строение вещества»
проводится с целью углубления и закрепления полученных в ходе
лекционных занятий знаний и приобретение навыков пользования
рекомендованной литературой , навыков научного исследования.
Самостоятельная работа начинается с работы над лекционным
материалом . Она включает конспектирование лекций и последующую
работу над ними. При конспектировании лекции рекомендуется на каждой
странице оставлять поля для последующих записей в дополнение к
конспекту.
При работе над текстом лекции студенту следует обратить особое внимание
на проблемные вопросы, поставленные преподавателем при чтении лекции, а
так же на его задание и рекомендации.
Перечень вопросов для самостоятельной работы
1. Введение
1.1 .Квантовая теория.
1.2.Строение молекул и свойства и веществ.
2. Теория химического строения
2.1.Химическая топология. Координация
атомов. 2.2.Стереохимическая (абсолютная)
конфигурация. 2.3.Связь свойств веществ и
строением молекул
3. Физические основы учения о строении молекул
3.1. Молекула как система материальных точек.
3.2.Энергия молекулы в классической теории.
3.3.Молекулярное уравнение Шредингера.
4. Симметрия молекулярных систем
4.1. Элементы теории групп.
4.2.Представления групп и характеры.
4.3.Симметрия АО и МО.
5. Геометрия молекул
5.1.Закономерности в геометрической конфигурации.
5.2.Интерпретация геометрического строения на основе теории МО
ЛКАО.
6. Средние энергетические свойства
7.1.Энтальпия атомизации и средние энергии связей.
6.2.Энергии разрыва связей.
7. Электрические и магнитные свойства
7.1.Квадрупольный момент и высшие мультиполи.
7.2.Эллиппсоид поляризуемости, его связь с симметрией молекул.
8. Уровни энергии и переходы между ними. Спектры
8.1 .Функция Морзе. 8.2.Нормальные колебания. 8.3.Эффект Зеемана.
8.4.Магнитный резонанс: ЭПР и ЯМР.
9. Межмолекулярное взаимодействие
9.1. Модельные потенциалы.
10.Строение конденсированных фаз
10.1. Аморфные вещества.
10.2.
Симметрия кристаллов.
10.3.
Типы кристаллов.
Рекомендации по подготовке к практическим занятиям, контрольным
работам, зачету
Самостоятельное изучение дисциплины целесообразно начинать,
ознакомившись с программой дисциплины и требованиями к знаниям и
умениям по ней. Далее можно переходить к поэтапному изучению курса,
используя материалы лекций и рекомендованную учебную
литературу.
Содержание незнакомых терминов, встретившихся в процессе
освоения учебного материала, можно выяснить при помощи справочной
литературы, а более сложные вопросы уточняются на консультациях с
преподавателем.
Зачет по дисциплине включает:
•устный ответ на экзаменационные вопросы и выполнение
контрольного задания;
• результаты рейтинг-контроля.
При ответе на вопросы следует четко знать определения, дополнять
каждый теоретический вопрос соответствующими примерами и графиками.
При оценке устного ответа на вопросы принимается во внимание:
1) полнота, глубина освещения вопроса, аргументированность изложения
материала;
2) умение связывать теорию с практикой;
3) культура речи.
В
ходе
зачета
преподаватель
имеет
право
задавать
дополнительные вопросы.
Примерная тематика контрольных работ (рефератов)
Представленный реферат должен иметь титульный лист, план
(содержание, оглавление), изложение (в соответствии с планом), заключение
(выводы), список использованной литературы. На титульном листе
указывается университет, факультет и кафедра, тема реферата и название
дисциплины; учёное звание, фамилия, имя и отчество преподавателя;
фамилия, имя и отчество студента, его группа. Объём реферата – 15-25
страниц.
1. Химическая топология
2. Топологические индексы
3. Химическое строение и биологическая активность.
4. Строение молекул и лекарственное действие.
5. Теория химического строения
6. Творческие портреты выдающихся учёных. (А.М. Бутлеров)
7. Творческие портреты выдающихся учёных. (Э. Франкланд)
8. Творческие портреты выдающихся учёных. (А. Кекуле)
9. Творческие портреты выдающихся учёных. (Ф. Вёлер)
10.Физические основы учения о строении молекул
11.Симметрия как общий вопрос естествознания
12.Симметрия молекул.
13.Симметрия и асимметрия в живой природе.
14.Геометрия молекул
15.Пространственная изомерия
16.Энтальпия образование и химическое строение.
17.Энтальпия атомизации и средние энергии связей.
18. Электрические свойства
19.Магнитные свойства.
20.Уровни энергии и переходы между ними.
21.Молекулярные спектры
22.Структурные методы и оптическая спектроскопия.
23.Творческие портреты выдающихся учёных. (Н. Бор)
24.Творческие портреты выдающихся учёных. (Л. де Бройль)
25.Творческие портреты выдающихся учёных. (В. Гейзенберг)
26.Творческие портреты выдающихся учёных. (Э. Шредингер)
27.Творческие портреты выдающихся учёных. (П.А. Дирак)
28.Творческие портреты выдающихся учёных. (Р. Оппенгеймер
29.Межмолекулярное взаимодействие
30.Симметрия кристаллов.
31.Молекула как система материальных точек.
32.Становление квантовой механики
33.Квантовая механика простых систем
34.Внутримолекулярные взаимодействия
35.Внутреннее вращение молекул
36.Развитие стереохимии
37.Пространственное строение полипептидов и белков
38. Стереоизомерия аминокислот
Глоссарий
Абелева (коммутативная) группа - группа G в которой выполняется условие
ab = ba (a, b  G)
Агрегатные состояния вещества (от латинского aggrego — присоединяю,
связываю) — это состояния одного и того же вещества, переходам между
которыми соответствуют скачкообразные изменения свободной энергии,
энтропии, плотности и других физических параметров вещества.
Азимутальные (торсионные) углы () – двугранные углы внутреннего
вращения одних групп атомов относительно других.
Аллотропия- явление существования химического элемента в виде двух или
нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам.
Анионы - отрицательно заряженные ионы.
Асимметрический атом углерода - атом, связанный с четырьмя
разными заместителями
Атом - наименьшая частица химического элемента.
Атропоизомерия
стереоизомерия,
обусловленная
«заторможенным» внутренним вращением.
Барьеры внутреннего вращения (V0) - разности между максимумами и
минимумами на потенциальных кривых.
Валентность - способность атома данного элемента присоединять или
замещать
определенное количество других атомов (число единиц химического
сродства атома).
Валентные изомеры – изомеры связанные с перераспределением простых и
кратных связей
Валентные углы () – углы между прямыми, соединяющие ядра валентно
связанных атомов (углы между связями).
Вещество - вид материи, обладающий массой покоя.
Водородная связь
- один из видов межмолекулярных связей. Для
возникновения водородной связи необходимо, чтобы в молекуле был один
или несколько атомов водорода, связанных с небольшими, но
электроотрицательными атомами, например: O, N, F
имеющими
неподеленные электронные пары.
Волны де Бройля - волны, связанные с микрочастицами.
Вращательные подгруппы (R) - подгруппы точечных групп, образованные
чистыми вращениями. Их порядок есть не что иное, как хорошо известное в
статистической термодинамике число симметрии .
Вращательное уравнение Шредингера: Ĥrr  Тrr = Er r, (r – вращательная
волновая функция, Er – энергия вращения ядер).
Главное квантовое число n = 1, 2, 3, 4, 5,… определяет энергетические
уровни (слои) атома
Газ (французское gaz, происшедшее от греческого chaos - хаос) - это
агрегатное состояние вещества, в котором частицы не связаны или весьма
слабо связаны силами взаимодействия; кинетическая энергия теплового
движения его частиц (молекул, атомов) значительно превосходит
потенциальную энергию взаимодействий между ними, поэтому частицы
движутся почти свободно, целиком заполняя сосуд, в котором находятся, и
принимают его форму
Граф - система точек (вершин) и отрезков (ребер), соединяющих
некоторые из этих точек.
Группа G - множество элементов е, a, b, c,… любой природы, если на этом
множестве определено групповое действие (умножение.
Группы низшей симметрии – группы симметрии не имеющие осей
симметрии Сn выше 2-го порядка.
Группы средней симметрии – группы симметрии имеющие (помимо других
возможных элементов) одну ось Сn с n  3.
Группы высшей симметрии– группы симметрии имеющие несколько осей Сn
с n  3 (или бесконечное число осей C ).
Дерево – это связный (неориентируемый) граф, не имеющий циклов (петель и
кратных ребер). Любая цепь в графе без циклов являтся простой. Всякое
дерево (с n ≥ 2) является простым двудольным графом.
Диастереомеры - стереомеры не являющиеся зеркальными изображениями
друг друга.
Диполь (электрический) – это система двух равных по величине, но противоположных по знаку электрических зарядов (+е и –е), находящихся на
расстоянии l друг от друга.
Дипольный момент определяется как вектор  = еl, численно равный
произведению величины заряда e на расстояние l и направленный от
отрицательного заряда к положительному*. Электрический дипольный
момент измеряется в дебаях (D). Дипольный момент сложной молекулы
можно приближенно представить как векторную сумму дипольных
моментов, сопоставляемых отдельным связям (для направлений моментов
связей (в соответствии с тем, как это принято в химии) выбирается ОН (но
OF), NH (NF), CX (X = F, Cl, Br, I), CO, CN и т.п.).
Дискриминирующая способность - пригодность ТИ различать изомеры
Диэлектрики - вещества плохо проводящие электрический ток.
Длина волны - расстояние между соседними пиками волн электромагнитного
(светового) излучения.
Донорные свойства - способность атомов элемента отдавать свои электроны
другим атомам.
Жидкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым
и газообразным. Жидкость сохраняет свой объем, принимает форму сосуда, в
котором находится, обладает текучестью.
Зеркально-поворотная ось симметрии Sn – это ось, поворот вокруг которой
на угол 3600/n с последующим отражением в плоскости, перпендикулярной
оси, приводит к положению, не отличающемуся от исходного. Из этих осей
новый элемент симметрии представляют лишь оси Sn четного порядка (n = 2,
4, 6, … ). Зеркально-поворотные преобразования на углы, кратные 2/n,
обозначаются через Snk (k = 1, 2, 3, … ).
Изомерия - явление существования молекул, имеющих одинаковый
состав, но различающиеся своим строением, поэтому и свойствами.
Изомерия положения - структурная изомерия, обусловленная разным
положением заместителей при одном и том же скелете.
Изомерия скелета – структурная изомерия, обусловленная разным порядком
связи атомов, образующих “каркас” молекулы.
Изомеры - вещества, имеющие одинаковый состав (число и вид атомов), но
различающиеся по своим свойствам.
Изоморфизм заключается в способности атомов, ионов или молекул
замещать друг друга в кристаллических структурах.
Инверсия - отражение в центре симметрии.
Инверсия цикла - обращение связей (а ↔ е). Где а - аксиальные, а е экваториальные связи. Она происходит в результате неплоских колебаний,
т.к. высота барьера невелика.
Квантовая механика – механика движения микрочастиц (электронов,
протонов и т.п.).
Класс - взаимно сопряженные элементы. Единичный элемент сам по себе
составляет класс.
Ковалентная связь - связывание атомов с помощью общих (поделенных
между ними) электронных пар.
Колебательное уравнение Шредингера : Ĥv v  (Тv + E(e) – Ee )v = Ev v
(v – колебательная волновая функция, Ev – энергия колебания ядер)
Конфигурация - определенное расположение атомов (атомных групп)
около хиральных центров (или др. диссимметричных частей) молекулы.
Конформации - пространственные расположения, возникающие при
внутреннем вращении вокруг простых или более сложных связей.
Конформеры — устойчивые конформации.
Координационное число - число ближайших соседей, окружающих данный
атом (ион).
Координационный полиэдр - многогранник, который получается, если центры
ближайших атомов мысленно соединить прямыми линиями.
Кристалл - твердое вещество, в котором атомы, ионы или молекулы
расположены в пространстве регулярно, повторяющимися группами.
Кристаллическая решетка - пространственный каркас, получаемый при
мысленном соединении точек пространства кристалла, с расположенными в
них частицами, линиями. Точки размещения частиц, называются узлами
кристаллической решетки. В них могут находиться ионы, атомы или
молекулы.
Кристаллическое твердое состояние вещества — это агрегатное состояние,
которое характеризуется большими силами взаимодействия между
частицами вещества (атомами, молекулами, ионами).
Лабораторная система - система OXYZ, внешняя, неподвижная.
Магнитная восприимчивость () – физическая величина, характеризующая
способность молекулярной (или атомной) системы намагничиваться под
действием магнитного поля (Н) и приобретать вследствии этого наведённый
магнитный момент (): = ∙ Н.
Магнитное квантовое число ml – квантовое число проекции орбитального
момента. Может принимать значения 0, 1, 2,… l. Характеризует ячейки,
на которые разделяются подуровни. Число ячеек дается формулой 2l+1, т.е.
рядом 1, 3, 5, 7, ...
Матрица расстояний – это квадратная матрица D с элементами d ,
определяемыми как минимальное число рёбер (наикратчайшее расстояние)
между вершинами  и .
Матрица смежности вершин простого графа – это квадратная матрица А с
элементами a = 1, если вершины  и  соединены ребром, и a = 0 – в
противном случае.
Межмолекулярное взаимодействие — взаимодействие между электрически
нейтральными молекулами или атомами.
Межъядерные расстояния (r) – расстояния между валентно связанными
атомами, называемые обычно длинами связей.
Метамеры - изомеры, различающиеся положением гетероатома в цепи.
Металлическая связь - химическая связь в кристалле между положительно
заряженными ионами металла с помощью свободно перемещающихся
электронов с внешних оболочек атомов металла.
Молекулярная орбиталь (МО) - электронное облако, образующееся при
слиянии внешних электронных оболочек атомов при образовании между
ними химической связи. Число МО всегда равно числу взаимодействующих
атомных орбиталей.
Напряжение Байера - угловое напряжение, связанное с деформацией
валентных углов.
Напряжение Питцера - торсионное напряжение, связанное с изменением
диэдральных углов.
Напряжение Прелога - трансаннулярное напряжение, обусловленное
взаимодействием несвязанных атомов (через кольцо).
Нейтронное состояние - возникает в результате «вдавливания» атомных
электронов в ядра и последующего «слияния» этих электронов с
находящимися там протонами. В результате такого «слияния» образуются
нейтроны. Это нейтронизация вещества. В земных условиях она никогда не
наблюдалась.
Неподеленная пара электронов - внешняя электронная пара атома, не
участвующая в образовании химической связи.
Неполярные молекулы - молекулы не имеющие дипольного момента (Н2, О2,
Cl2, СО2, СН4,… ).
Несвязный граф - это граф состоящий из двух или более частей (k),
называемых компонентами графа.
Операции симметрии - симметрические преобразования (поворот, отражение
в плоскости, инверсия и др.).
Орбиталь - пространство около ядра, в котором можно обнаружить электрон.
За его пределами вероятность встретить электрон достаточно мала.
Орбитальное квантовое число l – квантовое число орбитального момента
импульса электрона. Может принимать значения 0, 1, 2, 3, 4,… n-1.
Определяет энергетические подуровни – соответственно s, p, d, f, g,… Число
подуровней равно номеру уровня .
Орбитальный момент L - момент импульса, связанный с движением частицы
в пространстве.
Ось симметрии Сn – это ось, поворот вокруг которой на угол 3600/n (n –
порядок оси) дает положение, не отличающееся от исходного. Повороты
вокруг оси Сn на углы k 3600/n (k = 1, 2,… n-1) обозначаются как Сnk
Плазма - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности
отрицательных и положительных зарядов одинаковы.
Плоскость симметрии  – плоскость, разделяющая фигуру на две зеркальносимметричные части. При изображении главная ось симметрии (ось
наивысшего порядка) ориентируется обычно вертикально (по оси z).
Плоскости, проходящие через главную ось, обозначаются через v (v –
вертикаль); плоскости, перпендикулярные главной оси, – через h (h –
горизонталь). Через d обозначаются диагональные (диэдрические)
плоскости, проходящие через ось Сn посередине между горизонтальными
осями 2-го порядка (С2Сn). Отражения в соответствующих плоскостях тоже
обозначаются v , h , d .
Подгруппа Н - подмножество (часть) G, если оно само образует группу
относительно группового действия, определенного в G.
Поляризуемость () – физическая величина, характеризующая способность
молекулы (атома, иона) деформироваться под действием электрического
поля (c напряженностью Е) и приобретать вследствие этого наведённый (или
индуцированный) электрический дипольный момент (). При не слишком
больших Е этот момент пропорционален Е:  = ∙Е
Полярные молекулы - молекулы постоянный электрический дипольный
момент (CO, NO, HF, Н2О, NH3,… ).
Полиморфизм - способность некоторых веществ существовать в состояниях с
различной атомно-кристаллической структурой.
Полиэдры – многогранники.
Порядок группы - число элементов в группе (g) .(группа может иметь и
бесконечное число элементов).
Порядок подгруппы - число элементов (h). Порядок подгруппы является
делителем порядка группы (теорема Лагранжа),
Правило постоянства валентного угла: углы между валентностями атома,
находящегося в заданном валентном состоянии, постоянны.
Правило постоянства межатомных расстояний: равновесные расстояния
между атомами, находящимися в заданных валентных состояниях,
постоянны.
Представление группы Г - любая совокупность элементов (матриц) Е, А, В,
С,..., удовлетворяющая таблице умножения группы. Легко обнаружить, что
представление группы всегда образует совокупность единиц (1,1,1,... 1). Это
тождественное (или единичное) представление (Г1). Число строк (столбцов)
матрицы определяет размерность представления (l). Представление 
приводимо, если его можно разбить на представления меньшей размерности.
Если этого сделать нельзя, то представление  неприводимо. Глубокий
физический и математический смысл имеют неэквивалентные неприводимые
представления (НП). Сумма квадратов размерностей НП равна порядку
группы
Признаками химической связи является понижение (при сближении атомов из
бесконечности) энергии системы E(e) до минимума Ee и повышение при этом
электронной плотности (также как плотности вероятности конфигураций
ядер) в пространстве между связывающими атомами. Если такого минимума
нет, то химическая связь не возникет (молекула в данном состоянии не
существует).
Принцип Паули (1925), утверждает, что в атоме не может быть хотя бы двух
электронов, имеющих одинаковые значения четырех квантовых чисел.
Простой (обыкновенный) граф– граф без петель и кратных ребер.
Разности энергий поворотных изомеров (Е - разности между минимумами
потенциальных.
Рацемат - смесь, молекулярное соединение, оптически неактивная форма
образованная равными количествами энантиомеров.
Связный граф – граф в виде “одного куска”, т.е. это граф, который нельзя
представить в виде объединения двух (или большего числа) графов.
Система центра масс вращающаяся - система O'xyz c началом в центре масс,
жестко связанная с равновесной конфигурацией молекулы.
Система центра масс невращающаяся - система O'x'y'z' c началом в центре
масс, параллельная системе OXYZ.
Сопряженные элементы - элементы a и b группы G если b = x–1ax, или xbx–1
= a (x, x–1  G)
Спиновое квантовое число mS характеризует проекцию собственного момента
импульса электрона. Может принимать только два значения (в едини-цах ћ):
+1/2 () и 1/2 ().
Стандартные условия - при 25 oC (298 К) и 1 атм (1,01.105 Па).
Стационарные орбиты - электронные орбиты вокруг атомного ядра,
находясь на которых электрон может существовать, не излучая и не
поглощая энергию.
Стационарное уравнение Шредингера: Ĥ  (Тn + Тe+Ûne+Ûee+Ûnn) = E.
Здесь Ĥ – гамильтониан, складывающийся из кинетической энергии
движения ядер (Тn) и электронов (Тe) и потенциальной энергии электронядерного (Ûnе), электрон-электронного (Ûее) и ядер-ядерного (Ûnn)
взаимодействий.
Стереоизомеры (пространственные изомеры) - молекулы с одинаковым
составом, одинаковым химическим, но разным пространственным строением
Структурные изомеры - молекулы с одинаковым составом, но разным
химическим строением.
Структурные формулы - изображение молекулы, в котором показан порядок
связывания атомов между собой. Химические связи в таких формулах
обозначаются черточками.
Таблица умножения группы (квадрат Кэли) - всевозможные произведения
пар элементов
Таутомерия - равновесная динамическая изомерия, возникающая в
результате изменения кратности связи или положения атома водорода
Твердые тела - агрегатное состояние вещества, характеризующееся
стабильностью формы и характером теплового движения атомов.
Тела Архимеда - полуправильные многогранники (усеченный икосаэдр,
усеченный додекаэдр, кубооктаэдр, икосододекаэдр, ромбокубооктаэдр и др.)
Тела Платона - правильные многогранники (тетраэдр, октаэдр, куб,
икосаэдр, додекаэдр)
Тепловой эффект реакции - теплота, выделенная или поглощенная при
протекании химической реакции. При постоянном давлении он равен
изменению энтальпии. В термохимической системе знаков положительным
считается
тепловой
эффект
экзотермической
реакции,
а
в
термодинамической системе знаков тепловой эффект экзотермической
реакции считается отрицательным.
Топологические индексы (ТИ) - инварианты графа.
Трансляция - параллельный перенос.
Тройна́я то́чка воды́ — строго определенные значения температуры и
давления, при которых вода может одновременно существовать в виде трёх
фаз — в твердом, жидком и газообразном состояниях. В системе СИ
температура тройной точки воды принята равной 273,16 К при давлении 609
Па.
Фазой называется совокупность всех частей системы, обладающих
одинаковым химическим составом и находящихся в одинаковом состоянии.
Характер представления () – это набор следов (т.е. сумм диагональных
элементов) всех матриц, осуществляющих данное представление.
Химическое строение - порядок (последовательность и кратность) связи
атомов в молекуле, выражаемый при изображении структурными
формулами.
Хиралъностъ (греч.  - рука)- свойство объекта не быть
тождественным своему зеркальному отображению.
Хиральные молекулы – моекулы не имеющие элементов симметрии вовсе или
имеющие в качестве таковых только простые поворотные оси.
Центр симметрии i – точка, отражение в которой переводит каждую точку
фигуры в ей эквивалентную. Отражение в центре симметрии (инверсия) тоже
обозначается через i.
Число симметрии  определяется как число идентичных (неразличимых)
положений, которые занимает жесткая молекула при повороте на 360º. Его
нетрудно найти, зная точечную группу.
Уравнение Шредингера для поступательного движения системы как целого:
Ĥtt = Et t . (t – поступательная волновая функция, Et – поступательная
энергия).
Уравнение Шредингера для ядерных движений:
(Тv + Тr + E(e) – Ee)vr = Evr vr ,
где Ee есть минимальное значение E(e) (в равновесной конфигурации); vr –
колебательно-вращательная функция, Evr – соответствующая энергия.
Уровни энергии электрической структуры (уровни Штарка), получаются при
расщеплении уровней энергии свободных атомов и молекул в электрическом
(внешнем или внутреннем) поле. Расщепляются электронные уровни (с
величиной расщепления в сильных полях 10-4–10-3эВ) и вращательные
уровни полярных молекул (с величиной расщепления 10-6 эВ).
Эквивалентные атомы в молекуле определяются как атомы, которые можно
обменять один на другой с помощью операций симметрии.
Энантиомеры (оптические, зеркальные изомеры,
антиподы) стереоизомеры, которые нельзя совместить при наложении, но можно
поставить в соответствие как предмет и его зеркальное изображение
Энергетические состояния- (уровни) молекул. Они разделяются на
поступательные (Еt), электронные (Еe), колебательные (Еv) и вращательные
(Er),
Энтальпия образования вещества - тепловой эффект реакции образования
данного вещества из элементов при определенных условиях.
Энтропийные различия между конформерами складываются главным
образом из энтропии смешения конформеров R ln g , где g – статистический
вес, и энтропии, связанной с изменением числа симметрии : –R ln .
Электрический квадруполь – это система из четырех равных по величине, но
чередующихся по знаку зарядов, размещенных так, что они не создают
диполей.
Электрическая (дипольная) поляризуемость  – тензорная величина. В
общем случае записывается через компоненты симметричного тензора 2-го
ранга:
хх, хy = yх , xz = zх, yy, yz = zy, zz . Тензор поляризуемости
можно привести к диагональному виду путем выбора соответствующих осей
a, b, c (главных осей поляризуемости), причем хх + yy + zz = aa + bb + cc..
Величины aa = 1 , bb = 2 , cc = 3 носят название главных
поляризуемостей молекулы. Величина  = (1/3)(1 + 2 + 3) называется
средней поляризуемостью молекулы.
Электронная формула - запись распределения имеющихся в атоме
электронов по энергетическим уровням и орбиталям.
Электронное уравнение Шредингера: Ĥe e  (Тe + Ûne + Ûee )e = Еel e
Здесь e – электронная волновая функция, содержащая координаты ядер в
качестве параметров; E(e) – полная электронная энергия, Eel – электронная
энергия без учета ядер-ядерного отталкивания (E(е) = Eel + Unn).
Электроотрицательность - относительная способность атомных ядер
притягивать к себе электроны, образующие химическую связь.
Эпиплазма - вещество, состоящее из нуклонных пар, стабилизированных
гравитационным полем и высокой температурой.
Банк контрольных вопросов и заданий по учебной дисциплине
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Формирование представлений о строении молекул: атомномолекулярное учение, химическая теория строения, физическая
(квантовомеханическая) теория молекул.
Основные черты современного учения о строении молекул: предмет
учения, основные теории, строение молекул и
свойства,
экспериментальные и расчётные методы.
Источники научных сведений о строении молекул.
Классическая теория валентности.
Топологические (теоретико-графовые) представления в классической
теории химического строения.
Аддитивные методы расчёта в химии .
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
Математический формализм квантовой механики (линейные
самосопряжённые операторы в гильбертовом пространстве).
Основные постулаты квантовой механики.
Угловые моменты. Векторная модель.
Гармонический осциллятор и жёсткий ротатор (постановка
задачи, результаты решения).
Задача об атоме водорода (постановка задачи, результаты решения).
Принцип построения периодической системы химических элементов
Д.И. Менделеева (формирование электронных оболочек,
природа
периодичности, смысл деления групп на подгруппы).
Периодическая система изотопов (атомных ядер).
Одноэлектронное приближение. Теория ССП Хартри-Фока и Рутаана.
Вычислительные методы квантовой химии.
Хиральность в химии .
Инверсионно-перестановочные
группы
(группы
молекулярной
симметрии).
Корреляции НП точечных групп и расщепление вырожденных уровней.
Построение симметризованных функций.
Образование МО ЛКАО (непереходные элементы) .
Образование МО ЛКАО (нпереходные элементы).
Закономерностив потенциальных барьерах внутреннего вращения .
Конформации открытых цепей (алканов).
Конформации моноциклов.
Конформации би- и полициклических соединений.
Электрические мультиполи и их моменты.
Электрический дипольный момент и внутреннее вращение.
Молярная рефракция: основные закономерности и методы.
Энергия химических связей: основные закономерности и методы
расчёта .
Электронная конфигурация линейных молекул.
Координаты симметрии.
Электронно-колебательное взаимодействие.
Симметрия вращательных состояний.
Ширина энергетических уровней и среднее время жизни частицы
(атома, молекулы) на уровне.
Расщепление уровней энергии атомов и линейных молекул в
магнитном поле.
Установление из колебательных спектров геометрической формы
молекул.
Определение энергий диссоциаций двухатомных молекул.
Спектры ЯМР и внутреннее вращение.
Энергия межмолекулярного взаимодействия.
Атом-атомные потенциалы взаимодействия.
Агрегатные состояния.
Силы межмолекулярного взаимодействия.
43.
44.
45.
46.
47.
Кривая потенциальной энергии взаимодействия двух частиц
Аморфные вещества.
Кристаллическая решетка и кристаллическая структура.
Симметрия кристаллов.
Типы кристаллов.
Типовые тесты
Пример тестового задания
1. Что такое химическое строение?
1. Порядок (последовательность и кратность) связи атомов в молекуле.
2. Расположение атомов в пространстве.
3. Конфигурация молекулы.
2. Структурные изомеры - это:
1. Вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое строение.
2. Соединения с одинаковым составом, но разным геометрическим
строением.
3. Соединения одного и того же класса (алканы, алкены, спирты и т.п.).
3. Хиральность - это:
1. Асимметрия (отсутствие симметрии).
2. Нарушение симметрии.
3. Свойство объекта не быть тождественным зеркальному отображению.
4. Что такое стереохимическая конфигурация?
1. Определенное расположение атомов около хиральных центров (или
других диссимметричных частей) молекулы.
2. Пространственное строение молекулы.
3. Равновесная конфигурация ядерного скелета.
5.
Что такое конформация?
1. Пространственные расположения, связанные с внутренним вращением
вокруг простых (или более сложных) связей, деформацией валентных углов
и т.д..
2. Хиральные расположения атомов (или атомных групп) в молекуле.
3. Ахиральные расположения атомов (или атомных групп) в молекуле.
6. Пространственные изомеры (стереоизомеры) образуют:
1. Молекулы, имеющие одинаковый состав, одинаковое химическое, но
разное пространственное строение.
2. Молекулы с одинаковой геометрической конфигурацией (например,
все тетраэдрические молекулы).
3. Оптические активные соединения.
Тест № 7. Химическая топология изучает:
1. Молекулы с разной геометрической конфигураций.
2. Молекулы, отличающиеся типом химических связей.
3. Катенаны, ротаксаны, узлы, молекулярные ленты Мебиуса и другие
такого рода образования.
8. Что такое лабораторная система координат, используемая для
описания молекулы?
1. Внешняя неподвижная, фиксированная в пространстве система
координат (система осей "наблюдателя")
2. Система с началом в центре масс молекулы, параллельная внешней
неподвижной системе.
3. Система с началом в центре масс, жестко связанная с равновесной
конфигурацией молекулы (и вращающаяся вместе с молекулой).
9. Одноэлектронное приближение - это:
1. Предположение о независимом движении электрона в поле всех
ядер и остальных электронов.
2. Решение уравнения Шредингера для одноэлектронных задач (атом
водорода, молекула-ион водорода).
3. Представление МО в виде ЛКАО.
10. Что такое квадрат Кэли (в теории групп)?
1. Множество элементов группы.
2. Подмножество элементов группы, составляющих подгруппу.
3. Таблица умножения элементов группы.
11. На каком утверждении основана классификация уровней?
1. Каждому уровню энергии можно сопоставить некоторое неприводимое
представление группы.
2. Симметрия волновой функции не может быть выше симметрии
гамильтониана системы.
3. Вырожденные уровни расщепляются при понижении симметрии.
12. Что такое средняя (термохимическая) энергия химической
связи в многоатомной молекуле?
1. Энергия разрыва данной связи
2. Доля энергии образования молекулы, приходящаяся на данную связь в
этой молекуле.
3. Доля энтальпии атомизации молекулы, приходящаяся на данную связь в
этой молекуле.
13. Уровни МО (в обозначениях типов симметрии) в молекуле водыэто:
1. 1a 12a1 lb 2 3a 1lb 1 .
2. 1σg2σg1σu1πu
3. 1a 12еlb 2lt.
14. Полярные молекулы - это:
1. Молекулы с постоянным электрическим дипольным моментом.
2. Молекулы с наведенным электрическим дипольным моментом.
3. Молекулы с полярными связями.
15. К каким группам симметрии относятся молекулы, имеющие
собственные дипольные моменты?
1. Cn , Cnv .
2. Dn , Dnh , Dnd
3. Тd , Oh , Ih
16. Какие из указанных молекул имеют постоянные дипольные
моменты?
1. Н2О, NH3, О3, SF6 .
2. ВС13, СН4, XeF4, РС15, IF7, СН2=СН2, С6Н6 .
3.HCN,BrF3,SF4,IF5.
17. Спектры ЯМР (лежащие в радиочастотной области) возникают
при переходах:
1. Между подуровнями зеемановского расщепления, обусловленного
ядерными магнитными моментами.
2. Между уровнями энергии сверхтонкой структуры, обусловленной
взаимодействием магнитных моментов ядер с магнитным полем электронов
или квадрупольных моментов ядер с электрическим полем электронов.
3. Между уровнями энергии в атомных ядрах.
18. Определите, в каких случаях эллипсоид поляризуемости
молекулы представляет собой : а) обычный трехосным эллипсоид, б)
эллипсоид вращения, в)сферу:
1. Н2О, SF4, CHFClBr, HOC1, СН2=СН2
2. ВС13, XeF4, PC15, IF7, С6Н6 (бензол).
3.CF4,SF6,C8H8 (кубан).
19. Определите,
в
каких
случаях
эллипсоид
магнитной
восприимчивости молекулы представляет собой: а) обычный
трехосным эллипсоид, б)эллипсоид вращения,
в)сферу:
1. NH3, Н3ВО3, СН3С1, СН2=С=СН2 (аллен), С6Н6 (призман).
2. Н2О2, СН2С1Вг, СНС1=C=СНС1, С10Н8 (нафталин).
3. SiF4, Р4 (фосфор), С20Н20 (додекаэдран).
20. Энергия молекулы - это:
1. Энергия образования ее из свободных атомов.
2. Энтальпия образования из элементов.
3. Теплота сгорания соединения.
21. У
каких
двухатомных
молекул
могут
быть
вращательные и колебательно-вращательные спектры?
1. Только у полярных молекул.
2. У полярных и неполярных молекул.
3. У любых двухатомных молекул.
чисто
22. Какие из указанных вращающихся молекул (согласно
классификации) относятся к типу:
А) сферического волчка,
Б) симметричного волчка, В) асимметричного волчка?
1. Н2О, SF4, CH2BrI, транс-СНСl=СНСl, СН2=СН2.
2. NH3, CH3Br, BC13, XeF4, IF7, С6Н6 (призман, бензол).
их
3. CF4, Р4(фосфор), SF6, С8Н8 (кубан).
23. Спектры ЭПР (в микроволновой области) возникают в
результате переходов:
1. Между подуровнями зеемановского расщепления, обусловленного
электронными (орбитальными или спиновыми) магнитными моментами.
2. Между уровнями
энергии
тонкой
структуры
атомов
или
молекул, обусловленной спин-орбитальным взаимодействием электронов.
3. Между подуровнями расщепления в электрическом поле.
24 К какой области электромагнитного спектра принадлежат
следующие переходы между уровнями энергии молекулы:
А)
электронный переход с λ = 250 нм,
Б) колебательный переход с λ=
12,5 мкм, В) вращательный переход с λ = 1,25 мм?
1 .Инфракрасной области.
2.Микроволновой области
3.Ультрафиолетовой области
3. Рубежный контроль
Требования к рейтинг-контролю
Система накопления баллов
Контрольное тестирование по каждому из модулей оценивается в
пределах 45 баллов.
Форма проведения тестирования по каждому из модулей – ответы на 3
– 5 вопросов (заданий/задач) в письменной форме в течение 60 минут.
2.

Текущая работа студентов:
рефераты (каждый студент может написать и защитить рефераты) –5
баллов;

устные ответы (различные виды работ на семинарских занятиях)
оцениваются преподавателем, исходя из 1 балла;
Итоговый отчет: зачет.
Распределение тем учебной дисциплины по модулям
(количество баллов в каждом модуле, форма оценивания
текущей учебной работы студентов и проведения рубежного контроля)
Блок I.
Валентность как число единиц сродства; их распределение по связям.
Целочисленность и насыщаемость валентностей. Классификация атомов
и связей. Химическое строение. Структурная изомерия.
Направленность
валентностей.
Координационные
полиэдры.
Валентные
состояния
атомов.
Хиральность.
Стереохимическая
конфигурация и конформа-ция. Химическая топология. Пространственная
изомерия. Внутримолекулярные взаимодействия. Связь между строением
молекул и свойствами.
Симметрия молекул. Элементы симметрии конечных фигур. Группы
симметрии. Молекулярная диссимметрия.
По данному блоку проводится контрольная работа из трёх заданий,
которая оценивается на 10 баллов и 5 баллов за посещение и работу на
занятиях. Итого 15 баллов.
По данному блоку проводится контрольная работа из четырех заданий,
которая оценивается на 45 баллов и 5 баллов за посещение и работу на
занятиях. Итого 50 баллов.
Блок II.
Молекула как система материальных точек. Координаты. Энергия
молекулы в классической теории. Уравнение Шредингера для
изолированной
молекулярной
системы.
Разделение
переменных.
Энергетические состояния молекул. Вероятности конфигураций ядер и
электронов системы. Критерий устойчивости молекулы. Природа
химической связи. Одноэлектронное приближение. Орбитали. Волновая
функция и энергия многоэлектронной системы. Приближение МО ЛКАО.
Элементы теории групп. Понятие группы. Подгруппа. Классы.
Изоморфизм
и
гомоморфизм.
Прямое
произведение
групп.
Представление группы. Соотношения ортогональности. Характеры
представлений.
Разложение
приводимых
представлений
на
неприводимые. Прямое произведение представлений.
Точечные группы. Симметрические преобразования. Структура
точечных групп. Представления точечных групп. Прямые произведения и
корреляция НП точечных групп. Теория групп в квантовой химии..
Принцип
классификации
уровней
энергии.
Симметрия
АО.
Гибридизация. Групповые орбитали.
Симметрия МО ЛКАО.
Расщепление вырожденных уровней. Правила отбора для матричных
элементов.
Понятие геометрической конфигурации. Геометрические параметры.
Закономерности в геометрической конфигурации.
Стереохимические теории. Теория отталкивания электронных пар
валентных орбиталей (ОЭПВО). Концепция гибридизации АО. Геометрия
в простой теории МО ЛКАО. Теория кристаллического поля (ТКП). Теория
поля лигандов (ТПЛ).
Потенциальная функция и параметры внутреннего вращения.
Закономерности в барьерах внутреннего вращения. Поворотная изомерия.
Пирамидальная инверсия, инверсия циклов, псевдовращение.
По данному блоку проводится контрольная работа из пяти заданий,
которая оценивается на 45 баллов и 5 баллов за посещение и работу на
занятиях. Итого 50 баллов.
Перечень вопросов и заданий для подготовки к рубежному контролю
1. Химическое строение.
2. Структурная изомерия.
3. Валентные состояния атомов.
4. Хиральность.
5. Стереохимическая конфигурация и конформация.
6. Химическая топология.
7. Пространственная изомерия.
8. Внутримолекулярные взаимодействия.
9. Симметрия молекул.
10. Элементы симметрии конечных фигур.
11. Группы симметрии.
12. Энергетические состояния молекул.
13. Критерий устойчивости молекулы.
14. Природа химической связи.
15. Одноэлектронное приближение.
16. Приближение МО ЛКАО.
17. Элементы теории групп.
18. Прямое произведение групп.
19. Представление группы.
20. Характеры представлений.
21. Прямое произведение представлений.
22. Представления точечных групп
23. Симметрия АО.
24. Симметрия МО ЛКАО.
25. Геометрические параметры.
26. Теория отталкивания электронных пар валентных орбиталей
(ОЭПВО).
27. Концепция гибридизации АО.
28. Геометрия в простой теории МО ЛКАО.
29. Теория кристаллического поля (ТКП).
30. Теория поля лигандов (ТПЛ).
31. Потенциальная функция и параметры внутреннего вращения.
32. Закономерности в барьерах внутреннего вращения.
33. Поворотная изомерия
34. Пирамидальная инверсия.
35. Инверсия циклов, псевдовращение.
Пример построения варианта заданий
I МОДУЛЬ (45 баллов)
1. Задание 1 (1балл)
Хиральность – это:
а) свойство объекта не совмещаться со своим зеркальным изображением;
б) нарушение симметрии;
в) свойство объекта быть тождественным своему зеркальному изображению;
г) асимметрия
2. Задание 2 (14 баллов)
Для графа
построить матрицу А и найти индексы p3 и М1.
3. Задание 3(10 баллов)
Изобразите изомеры октана (18)
4. Задание 4(20 баллов)
1. Определите точечную группу симметрии данных молекул
2. Какие из них являются хиральными?
3. К какой группе симметрии (высшей, средней или низшей) они относятся?
1. Программа итогового экзамена по дисциплине или вопросы для
подготовки к зачету
1. Химическое строение. Структурная изомерия.
2. Симметрия молекул (точечные группы).
3. Хиральность.
4. Стереохимическое строение. Конфигурация и конформация.
5. Координация атомов около центрального атома (иона). Геометрия
молекул вида АХП (п = 2, 3, 4,... 9). Валентные состояния атомов.
6. Конфигурационная (оптическая и геометрическая) изомерия.
7. Конформационная (поворотная) изомерия.
8. Химическая и стереохимическая топология. Катенаны, ротаксаны,
узлы. Молекулярный лист Мебиуса.
9. Системы координат, используемые для описания молекулы как
связной совокупности атомов: Лабораторная система координат и
системы центра масс (невращающаяся и вращающаяся).
10. Энергия молекулы в классической теории строения молекул:
кинетическая
(поступательная, вращательная, колебательная) и
потенциальная.
11. Молекулярное уравнение Шредингера (для изолированной системы) и
схема его разделения на отдельные части.
12. Энергетические состояния молекул: электронные, колебательные и
вращательные. Характер "движения" ядер и электронов в стационарной
квантовой механике молекул.
11. Потенциальная поверхность (кривая) молекулы. Критерий
существования химической частицы как единого связного целого.
14. Основные понятия теории групп и теории представлений групп.
15. Теория групп в квантовой химии. Инвариантность гамильтониана.
Волновые функции как базис представления группы.
16. Принципы классификации уровней энергии.
17. Симметрия атомных, групповых, молекулярных орбиталей.
18. Схемы образования МО ЛКАО из АО центрального атома и ГО
лигандов.
19. Электронное строение типичных представителей неорганических,
органических, элементоорганических и координационных соединений.
20. Энергия и Энтальпия образования молекулы. Связь со строением
молекул.
21. Энергия связей и энергия разрыва связей.
22. Электрический дипольный момент. Полярные и неполярные молекулы.
23. Поляризуемость молекулы. Эллипсоид поляризуемости.
24. Магнитные моменты атомов и молекул.
25. Магнитная восприимчивость. Эллипсоид магнитной восприимчивости.
26. Двухатомная молекула как жесткий ротатор. Вращательные спектры.
27. Двухатомная молекула как гармонический осциллятор. Колебательновращательные спектры.
28. Электронные состояния молекул. Электронные спектры двухатомных
молекул.
29. Спектры многоатомных молекул (общая характеристика).
30. Эффект Зеемана.
31. Спектры ЭПР и ЯМР.
32. Межмолекулярное взаимодействие (основные составляющие).
33. Строение конденсированных фаз. Жидкости и аморфные вещества.
Мезофазы.
34. Кристаллы.
IV. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля)
а) основная литература:
1. Папулов Ю.Г. Строение молекул: Учеб. пособие (с грифом УМО
университетов РФ): Тверь: ТвГУ, 2008. 232 с.
2. Папулов ЮГ, Левин В.П., Виноградова М.Г. Строение вещества в
естественнонаучной картине мира. Молекулярные аспекты: Учеб. пособие
(с грифом УМО университетов РФ по химии). 2-е изд. Тверь: ТвГУ, 2005.
208 с.
3. Папулов Ю.Г, Левин В.П., Виноградова М.Г. Строение вещества в
естественно-научной картине мира. 3-е изд. Тверь: ТвГУ, 2006. Ч. I - 84 с. Ч.
II - 84 с. Ч. III - 84 с.
4. Папулов Ю.Г., Виноградова М.Г. Математика и химия: Монография.
Тверь: ТвГУ, 2007. 200 с.
б) дополнительная литература:
1.Виноградова М.Г., Папулов Ю.Г., Смоляков В.М. Количественные
корреляции «структура–свойство» алканов. Аддитивные схемы расчёта.
Учебное пособие. Тверь:ТвГУ, 1999. 96 с.
2. Татевский В.М. Строение молекул. М.: Химия, 1977. 512 с.
3. Татевский В.М., Матвеев В.К. Задачник по курсу «Строение молекул».
М.: Изд-воМГУ. 1984.145 с.
4. Папулов
ЮГ. Строение молекул: Учеб. пособие (с грифом УМО
университетов России химии). Тверь: ТвГУ, 1995. 200 с.
5. Харгиттаи И., Харгиттаи М. Симметрия глазами химика. М.:
Мир,1989.496 с.
6. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии:
Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.: Высш. школа, 1987.
367 с.
7. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии:
Резонансные и электрооптические методы. М.: Высш. школа, 1989. 288 с.
8. Папулов Ю.Г. Строение молекул. Калинин: КГУ, 1974. 160 с.
9. Эткинс П. Физическая химия. М. Мир, 1980. Т.1 - 580 с; Т. 2 - 584 с.
10. Татевский В.М. Строение и физико-химические свойства молекул и
веществ. М.: Изд-во МГУ, 1993. 464 с.
11. Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. М.: Мир, 2001.
519 с.
12. Соловьев М.Е., Соловьев М.М. Компьютерная химия. М.: СОЛОН-Пресс,
2005. 536 с.
13. Папулов Ю.Г. Симметрия в химии. Калинин: КГУ, 1988. 88 с.
14. Папулов Ю.Г., Розенфельд В.Р., Кеменова ТТ. Молекулярные графы.
Тверь: ТвГУ, 1990. 88 с.
15. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. М: Мир, 1978.
16. Эткинс П. Кванты: (Справочник концепций). М.: Мир, 1977.
17. Илиэл Э. Основы стереохимии. М.: Мир, 1971.
18. Киреев В.А. Методы практических расчётов в термодинамике химических
реакций. М.: Химия, 1975. 535 с.
19. Волькенштейн М.В., Грибов Л.А., Ельяшевич М.А., Степанов Б.И.
Колебания молекул. М.: Наука, 1972. 173 с.
20. Фларри Р. Группы симметрии: теория и химические приложения. М.: Мир,
1983.
21. Картмелл Э., Фоулс Г.В.А. Валентность и строение молекул. М.: Химия,
1979.
22. Дорфман Я.Г. Диамагнетизм и химическая связь. М.:Физматгиз,1961.232
с.
23. Химические приложения топологии и теории графов /Под ред. Р. Кинга.
М.: Мир, 1987. 560 с.
24. Татевский В.М. Теория физико-химических свойств молекул и веществ.
М.: Изд-во МГУ, 1987. 239 с.
25. Степанов Н.Ф., Ерлыкина М.Е., Филиппов Г.Г. Методы линейной алгебры
в физической химии. М.: Изд-во МГУ, 1976. 360 с.
26. Дашевский В.Г. Конформационный анализ органических молекул. М.:
Химия, 1982. 272 с.
27. Орлов Ю.Д., Лебедев Ю.А., Сайфуллин И.Ш. Термохимия органических
свободных радикалов. М.: Наука, 2001. 304 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
9.
1.MS-Excel
2.Microsoft Office Word
3.TESTER
4.http://www.xumuk.ru/
5.http://www.studarhiv.ru/dir/cat16/subj19/file932/view932.html
6.http://www.alhimik.ru/teleclass/glava3/gl-3-1.shtml
7.http://www.ostu.ru/personal/sim/Concept/DAT/planlex.html
8.http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/BIOHIMIYA.html
http://ximozal.ucoz.ru/photo/1
V. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Таблицы, схемы, рисунки, фото
Раздаточный материал по наиболее важным темам курса.
Демонстрационный материал на слайдах по темам дисциплины.
Учебная аудитория с мультимедийной установкой
Компьютерный класс .
1.
2.
3.
4.
5.
VI. Сведения об обновлении рабочей программы дисциплины (модуля)
№
п.п
1
2
3
4
Обновленный
рабочей
(модуля)
раздел Описание
программы внесенных
изменений
Дата и протокол
заседания
кафедры,
утвердившего
изменение