Химическая связь, строение молекул, теория молекулярных орбиталей

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии

Направление подготовки

210100 – Электроника и наноэлектроника

222900 – Нанотехнологии и микросистемная техника

Предмет и методы физической химии, ее основные разделы

Физика и химия - две основные фундаментальные естественные научные дисциплины, изучающие природу. Связь химических и физических явлений. Предмет, объекты и задачи изучения физической химии. Методы физико- химических исследований.

Основные разделы физической химии: учение о строении и свойствах атомов, ионов, молекул, радикалов, природе химической связи; кристаллохимия; структурная химия; химическая термодинамика; физико-химический анализ; учение о растворах; электрохимия; химическая кинетика и катализ; учение о поверхностных явлениях; фотохимия; учение о коррозии металлов, химия высоких энергий и др.

2. Становление и развитие физической химии как самостоятельной научной дисциплины, основные этапы ее развития

Зарождение физической химии как самостоятельной дисциплины. Вклад М.В. Ломоносова в становление физической химии. Развитие физической химии в конце 18-го начале 19-го века. Развитие физической химии во 2-й половине 19-го и начале 20-го века (развитие атомистических представлений; становление термодинамики, развитие учений о растворах, кинетике химических реакций, электрохимии, поверхностных явлениях).

Главные особенности развития физической химии на современном этапе.

Роль физической химии в промышленности. Роль физической химии в развитии современной химической технологии. Основные физико- химические закономерности – теоретическая база технологических процессов твердотельной электроники.

3. Электронная структура и свойства химических элементов. Водородоподобные атомы

Волновые свойства частиц. Квантово-механическое описание атомных систем. Уравнение Шредингера. Физический смысл и свойства волновой функции.

Квантовые ямы, нити, точки. Дополнительное квантование.

Уравнение Дирака - релятивистский аналог уравнения Шредингера.

Пределы применимости квантовой механики.

Решение уравнения Шредингера для водородоподобных атомов. Дискретность энергии и момента количества движения: E_n = me⁴/2ħ²n², M = ħ[l(l+1)]^1/2, M_l = mħ. Спин электрона M_s = ħ[s(s+1)]^1/2, s = 1/2. Квантовые числа – n, l. m, s, j.

Атомные орбитали водородоподобных атомов. Пространственное распределение электронной плотности. Электронные слои и оболочки. Понятие электронного облака. s-, p-, d- и f- состояния. Радиальное распределение электронной плотности, орбитальные радиусы.

4. Электронная структура и свойства химических элементов. Многоэлектронные атомы

Уравнение Шредингера для многоэлектронных атомов {[T_o + U_en] + U_ee + H_so]y = Ey). Одноэлектронное приближение, cамосогласованные атомные функции. Принцип запрета Паули. Волновая функция системы тождественных частиц. Бозоны, фермионы. Принцип антисимметрии для волновой функции.

Спин-орбитальное и межэлектронное взаимодействия. Правила сложения моментов при LS- и jj-связи. Правила Хунда. Атомные орбитали и квантовые числа многоэлектронных атомов. Электронные конфигурации и термы (^2S+1L_J). Электронные слои и оболочки.

5. Периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева и свойства элементов

Последовательность энергетических уровней. Периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева. Периоды и группы. s- и p-элементы. Переходные элементы.

Орбитальный и спиновый магнетизм электронной оболочки одноэлектронных и многоэлектронных атомов. Диамагнетики и парамагнетики. Магнитные свойства ионов переходных элементов.

6. Химическая связь и ее характеристики

Определение, основные параметры и теории химической связи. Энергия химической связи, кратность (порядок) связи, длина и угол связи, полярность связи. Электрический дипольный момент и поляризуемость связей, молекул. Энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность атомов. Связь степени ионности связи с ЭО атомов. Валентность и степень окисления элементов.

Первые электронные теории химической связи Косселя и Льюиса. Квантово-механические теории химической связи.

Химическая связь, строение молекул, теория валентных связей

Создание метода ВС. Квантово-механическая модель ковалентной связи по методу валентных связей на примере молекулы водорода. Решение Гейтлера и Лондона УШ для молекулы H₂. Обменная энергия, обменное взаимодействие. Теория магнетизма Гейзенберга. Обменный механизм образования ковалентной связи в методе ВС. Направленность и насыщаемость ковалентной связи.

Применение метода ВС к молекулам H₂, O₂, F₂, НF и Н₂S. Неподеленная пара электронов, донорно- акцепторный механизм образования химической связи. Образование связи с возбуждением атомов. Кратность связи; сигма-, пи- и дельта-cвязи. Гибридизация атомных орбиталей. Химическая связь и строение молекул. Влияние неподеленной электронной пары центрального атома на строение молекул.

Основные положения, лежащие в основе метода ВС.

Химическая связь, строение молекул, теория молекулярных орбиталей

Основные положения метода МО. Метод ЛКАО МО. Связывающие, разрыхляющие и несвязывающие МО. Энергетические диаграммы МО. Обозначения МО. Порядок связи.

Двухатомные гомоядерные молекулы элементов 1-го и 2-го периодов (H₂⁺, H₂, He₂⁺. He₂. B₂, N₂⁺. O₂⁺. O₂, N₂, F₂). Магнитные свойства молекул. Примеры двухатомных, трехатомных и пятиатомных гетероядерных молекул (BeCl₂, CO₂, CH₄).

Сравнение методов ВС и МО.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: