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Theoretische Chemie I

Dozenten

Prof. Dr. Stefanie Gräfe
Dr. Dirk Bender
Dr. Stephan Kupfer

Termine

09.04.2018-13.07.2018

Vorlesung:
Mi 815-945, SR Helmholtzweg 4

Übung:
Mi 1000-1045, SR Helmholtzweg 4

Praktikum:
Mi 1100-1400, K016 HHW4


Master-Studiengang Chemie bzw. Diplom-Studiengang Chemie
Wahlpflicht­modul MC 2.1.8 bzw. CD 7.5.7 (V,S)/‌7.6.7 (P)
Vorlesung (2 Semester­wochen­stunden), Übung (1 Semester­wochen­stunde), Praktikum (4 Semester­wochen­stunden)
6 bzw. 5 Leistungs­punkte
Voraus­setzung: abgeschlossenes Basisstudium


Inhalt

In Vorlesung und Seminar lernen die Studenten "Ab initio"-Methoden, Vielelektronenwellenfunktionen, das Lösen der Energieeigenwertgleichung, die Hartree-Fock-Näherung und Basissätze kennen.

Das Praktikum beinhaltet eine Einführung in Linux und die Umsetzung der theoretischen Konzepte in verschiedenen Quantenchemiepaketen. Vorkenntnisse zum Betriebssystem (Linux) und zur Programmierung sind nicht erforderlich.

Lern- und Qualifikationsziele

Kennenlernen der Grundlagen der "Ab initio"-Methoden. Durchführen von quantenchemischen Rechnungen mit Anwendungen zur molekularen Struktur, zur chemischen Bindung, zu Molekülorbitalen, zur Koordinationschemie, zur Kinetik, zur Thermodynamik.

Im Praktikum: Kennenlernen der Grundlagen der "Ab initio"-Methoden. Durchführen von quantenchemischen Rechnungen mit Anwendungen zur molekularen Struktur, zur chemischen Bindung, zu Molekülorbitalen, zur Koordinationschemie, zur Kinetik, zur Thermodynamik und zur Spektroskopie. Interpretation der Ergebnisse. Kalibrierung der Methoden.

Folien der Vorlesung

  1. Mathematische Grundlagen
  2. Molekulare Quantenmechanik
    • Der molekulare Hamiltonoperator
    • Die Born-Oppenheimer-Näherung
  3. Näherungsverfahren
    • Das Variationsverfahren
    • Störungstheorie
  4. Mehrelektronensysteme
    • Spin
    • Identische Teilchen – Pauli Prinzip
    • Helium
    • Slater-Determinanten
    • Paardichten
  5. Die Hartree-Fock-Methode
    • Hartree Self-Consistent Field
    • Hartree-Fock Self-Consistent Field
    • Koopmans-Theorem
    • Roothaan-Hall Gleichungen
    • Restricted /Unrestricted Hartree-Fock
  6. Basisfunktionen
    • Slater vs. Gauss
    • Klassifizierung von Basissätzen
    • Kontrahierte Basissätze
    • Häufig verwendete Basissätze
    • Effective Core Basis Sets
    • Basis Set Superposition Error
  7. Eigenschaften und Analyse der Wellenfunktion
    • Populationsanalyse: Basisfunktionen
    • Bader’s Atoms in Molecules
    • Weitere Methoden der Populationsanalyse
  8. Lösungsmitteleinfluss
    • Qualitative Aspekte des Lösungsmitteleinflusses
    • Kontinuum-Modelle
    • Explizite Beschreibung des Lösungsmittels
  9. Relativistische Effekte
    • Grundlagen: Spezielle Relativitätstheorie
    • Relativitätstheorie und Quantenmechanik
    • Relativistische Effekte in der Chemie

Übungen

Computerübung

Alle Übungen hier wöchentlich downloaden: Alle Versuche hier wöchentlich downloaden:

Vorträge

Die Vorträge finden am 2017-11-14 ab 08:30h im SR E010 HHW4 statt.

Technische Themen:

  • Berechnung von Schwingungsnormalkoordinaten
  • Geometrieoptimierung
  • Berechnung von Übergangszuständen
  • Monte-Carlo und andere Zufallsmethoden
  • Berechnung magnetischer Eigenschaften (NMR, magnetische Dipole, ...)
  • Berechnung von innerschalen-angeregten Zuständen (Röntgen)
  • Verfahren zur Matrixdiagonalisierung
  • Schnelle Fouriertransformation
  • Erzeugung von (Pseudo-)Zufallszahlen
  • CUDA

Theoretische Themen:

  • NAO und NBO (Populationsanalyse)
  • Hellman-Feynman-Theorem
  • Atoms in Molecules (Populations- und Bindungsanalyse)
  • Dirac-Modell des Wasserstoffatoms

"Chemische" Themen:

  • Rydberg-Moleküle
  • Antiaromatizität
  • Antiwasserstoff
  • d-Orbitalbeteiligung bei Hauptgruppenverbindungen
  • p-Orbitalbeteiligung bei Nebengruppenverbindungen
  • Hybridisierung und Bindungscharakterisierung