Kaisa_2012_3_photo by Veikko Somerpuro

Enrol
12.8.2019 at 09:00 - 21.10.2019 at 23:59

Timetable

Here is the course’s teaching schedule. Check the description for possible other schedules.

DateTimeLocation
Tue 3.9.2019
12:15 - 14:00
Thu 5.9.2019
14:15 - 17:00
Tue 10.9.2019
12:15 - 14:00
Thu 12.9.2019
14:15 - 17:00
Tue 17.9.2019
12:15 - 14:00
Thu 19.9.2019
14:15 - 17:00
Tue 24.9.2019
12:15 - 14:00
Thu 26.9.2019
14:15 - 17:00
Tue 1.10.2019
12:15 - 14:00
Thu 3.10.2019
14:15 - 17:00
Tue 8.10.2019
12:15 - 14:00
Thu 10.10.2019
14:15 - 17:00
Tue 15.10.2019
12:15 - 14:00
Thu 17.10.2019
14:15 - 17:00

Other teaching

11.09. - 16.10.2019 Wed 12.15-14.00
Teaching language: Finnish
13.09. - 18.10.2019 Fri 10.15-12.00
Teaching language: Finnish
13.09. - 18.10.2019 Fri 12.15-14.00
Teaching language: Finnish

Description

Kurssi on pakollinen kemian kandiohjelman aineopinnoissa ja valinnainen kemian aineopinnoissa muille opiskelijoille.

Kurssin harjoituksissa tarvitaan derivointia ja integrointia, joten esitiedoiksi edellytetään joko kurssia Matematiikkaa kemisteille tai Matemaattiset apuneuvot 1. Kurssin sisällöt rakentuvat perusopintojen kurssien "Atomit, molekyylit ja vuorovaikutukset" sekä "Energia, reaktiivisuus ja kemiallinen tasapaino" käsitteistön päälle, joten näiden kurssien tietojen hallitseminen on tärkeää.

Koska kvanttimekaniikan tietämys on välttämätön edellytys atomien ja molekyylien käyttäytymisen syvälliselle ymmärrykselle, tukee kurssin käsitteistö oppimista monilla myöhemmän vaiheen kursseilla: Esimerkiksi Yhdisteiden rakenteiden selvittäminen -kurssilla (KEK202) käytettyjen spektroskopisten menetelmien periaatteet käydään läpi kurssin aikana. Orgaaninen kemia -2 kurssin (KEK204) reaktiomekanismien ja yleisemmin kemiallisen sidoksen muodostumisen perinpohjainen hahmottaminen vaatii ymmärrystä elektronien kvanttimekaanisesta luonteesta. Kurssi antaa myös välttämättömat perustiedot Fysikaalisen kemian töiden (KEK206) suoritukseen. Valinnaisista kursseista käytännössä kaikki Laskennallisen kemian -kurssin (KEK222) menetelmät pohjautuvat Molekyylien rakenne ja spektroskopia -kurssilla opittuihin kvanttimekaniikan perusteisiin.

Kvanttimekaniikan perusteiden osalta kurssin suoritettuaan opiskelija

  • ymmärtää klassisen mekaniikan puutteita elektronien, atomien ja molekyylien kuvaamisessa.
  • tuntee kvanttimekaniikan keskeisimpiä käsitteitä ja ilmiöitä, kuten Schrödingerin yhtälö, aaltofunktio, kvantittuminen, Heisenbergin epätarkkuusperiaate, ja spin sekä osaa soveltaa näitä kvalitatiivisella ja kvantitatiivisella tasolla kemian ongelmiin.

Atomien ja molekyylien rakenteisiin liittyen opiskelija

  • pystyy käyttämään yksinkertaisia kvanttimekaanisia malleja (esim. hiukkanen laatikossa, harmoninen värähtelijä, pyörimisliike) hiukkasten käyttäytymisen kuvaamiseen ja hahmottaa näiden mallien kytkeytymisen spektroskopisiin ilmiöihin.
  • hahmottaa yksinkertaisimman atomimallin (vetyatomi) välityksellä, miten kvanttimekaniikan periaatteet näkyvät atomien rakenteessa ja jaksollisessa järjestelmässä.
  • tutustuu kvanttimekaaniseen kemiallisen sidoksen malliin (molekyyliorbitaaliteoria) ja osaa tämän teorian puitteissa selittää kemiallisen sidoksen muodostumista kvalitatiivisella tasolla. Opiskelija pystyy myös vertaamaan molekyyliorbitaaliteorian sidoskuvaa aikaisemmin opittuihin kemiallisen sidoksen malleihin ja hahmottamaan näiden mallien puutteita.

Spektroskopian alalla opiskelija

  • tuntee eri spektroskopian lajeja ja osaa soveltaa kvanttimekaanista kuvaa atomeista ja molekyyleistä säteilyn ja aineen vuorovaikutuksen kuvaamiseen. Opiskelija pystyy luokittelemaan eri spektroskopialajit vuorovaikutuksen tyypin ja säteilyn energian mukaan (molekyylien pyöriminen, värähtely sekä elektroniset siirtymät).
  • osaa yksinkertaisissa systeemeissä yhdistää spektroskopista dataa kvanttimekaniikan teoriaan kemiallisesti mielenkiintoisten ominaisuuksien, kuten sidospituuksien ja dissosioitumisenergioiden selvittämiseksi.

Suositeltu suoritusajankohta opiskelujen toisena vuonna.

Opintojakso järjestetään vuosittain I periodissa.

Molekyylien rakenne ja spektroskopia on fysikaalisen kemian kurssi, jossa syvennytään kvanttikemian ja spektroskopian ihmeisiin. Kurssi alkaa aalto-hiukkasdualismin ja energian kvantittumisen hämmästelyllä, minkä jälkeen tutustutaan Schrödingerin yhtälöön ja aaltofunktioiden ominaisuuksiin. Kun kvanttimekaniikan koneisto on tullut tutuksi, sitä sovelletaan käytännönläheisiin esimerkkisysteemeihin, kuten hiukkaseen laatikossa, harmoniseen värähtelijään, pyörimisliikeeseen sekä vetyatomiin. Ohessa kvanttimekaniikan omituisuuksista tutuksi tulevat Heisenbergin epämääräisyysperiaate, tunneloituminen ja spinni. Vetyatomiekskursion jälkeen siirrytään monielektronisten atomien kautta tutkiskelemaan molekyylejä. Tarkoituksena on syventyä pääosin kvalitatiivisella tasolla kemiallisen sidoksen muodostumiseen molekyyliorbitaaliteorian kautta ja peilata tätä teoriaa aiemmin opittuihin kemiallisen sidoksen malleihin, kuten valenssisidosteoriaan ja Lewisin malliin. Spektroskopian osuudessa sukelletaan aineen ja sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutukseen. Tavoitteena on käsitellä spektriviivoja, pyörimis- ja värähtelyspektrejä sekä elektronisia siirtymiä. Lopuksi tutustutaan fluoresenssiin, fosforesenssiin, ja lasereiden jännittävään maailmaan.

Kurssikirjana toimii Atkins' Physical Chemistry -kirjan kymmenes painos. Opetus lähtee liikkeelle siitä, että opiskelijoilla on pääsy kirjan tekstiin.

Kurssin opetus perustuu opiskelijakeskeisiin opetusmenetelmiin. Iso osa oppimisesta tapahtuu erilaisten harjoitustehtävien kautta, joiden pisteytyksessä käytetään vertais- ja itsearviointia. Harjoitusten tekoon apua saa opintopajasta. Kurssi on osa meneillään olevaa pedagogista kehitystutkimusta.

Kurssi arvioidaan yleisellä asteikolla 0-5. Kolmasosa arvosanasta määräytyy harjoitusten ja loput kurssikokeen perusteella.

Opintojaksoon kuuluu lähiopetuksena viisi tuntia viikoittaisia oppimispektaakkeleita sekä eri tyyppisiä harjoituksia ja itsenäisiä lukutehtäviä. Opintojakson lopussa järjestetään loppukoe. Jaksossa ei ole läsnäolovaatimuksia.