Einführung in die Quantenchemie - Interaktive Studienpläne der TU Ilmenau

Einführung in die Quantenmechanik

Die Studierenden besitzen einen Überblick über die Grundlagen und die wichtigsten Methoden der Quantenchemie. Aufbauend auf der Quantenmechanik verstehen sie neben den grundlegenden Fragen aus der Chemie (z.B. "Wie kommt eine chemische Bindung zustande?") die allgemein zur Anwendung kommenden Methoden der Quantenchemie, wie die Hartree-Fock-Methode und die Konfigurationswechselwirkungsrechnung. Sie haben damit auch eine gute Basis zum allgemeinen Verständnis quantentheoretischer Methoden in anderen Bereichen der Materialphysik erworben. Durch die praktischen Übungen am Rechner sind sie mit dem Quantenchemieprogrammpaket Gaussian vertraut.

1. Mehrteilchensysteme

• Mehrteilchen Hamiltonoperator
• Born-Oppenheimer-Näherung
• Adiabatische und diabatische Potentialflächen
• Frack-Condon-Prinzip

2. Kovalente Bindung

• H₂⁺-Ion
• LCAO Ansatz
• Zweizentren und Resonanzintegral
• Erweiterte Hückel-Theorie

3. Mehrelektronensysteme

• Mehrteilchenwellenfunktionen
• Ununterscheidbarkeit - Fermionen
• Teilchenerzeugungs- und -vernichtungsoperatoren
• Ein- und Zweiteilchenoperatoren
• He-Atom
• H₂-Molekül

4. Hartree-Fock-Ansatz

• Molekularfeldnäherung - Hartree- und Fockterm
• SCF-Verfahren
• Offene Schalen - Roothaan- vs. People-Nesbit Gleichungen
• Koopmanstheorem,  - Populationsanalyse,
• Hundsche Regel - Periodensystem der Elemente

5. Basisätze

• LCAO-Ansatz
• STO-Basis
• Gauss-Basen
• Basissatzerweiterung und -optimierung

6. Elektronen-Korrelation

• O₂ Spektrum - Konfigurationswechselwirkung
• CAS-SCF und CASPT2
• Angeregte Zustände - CIS, CISD ...
• Coupled-Cluster-Theory

7. Semiempirische Verfahren

• ZDO-Näherung - CNDO, INDO
• AM und PM
• ZINDO

8. Dichtefunktionaltheorie

• Hohenberg-Kohn Theoreme
• Kohn-Sham-Gleichungen
• LDA und GGA
• Hybridfunktionale

Tafel, Power-Point-Präsentation, Übungsblätter, Arbeitsplatzrechner mit Software Gaussian

• C. J. Cramer: Essentials of Computational Chemistry (John Wiley & Sons)
• J. Reinhold: Quantentheorie der Moleküle (Teubner)

Die Studierenden bearbeiten über moodle zur Verfügung gestellte Aufgabenblätter bis zum jeweils angegebenen Termin der Besprechung und müssen ihre Bearbeitung anschließend in der Übung vorstellen. Für den Erhalt der aSL sind mindestens 50% der Aufgaben zu bearbeiten.

PD. Dr. Beenken, Wichard

Die Studierenden bearbeiten über moodle zur Verfügung gestellte Aufgabenblätter bis zum jeweils angegebenen Termin der Besprechung und müssen ihre Bearbeitung anschließend in der Übung vorstellen. Für den Erhalt der aSL sind mindestens 50% der Aufgaben zu bearbeiten.

Die Studierenden bearbeiten über moodle zur Verfügung gestellte Aufgabenblätter bis zum jeweils angegebenen Termin der Besprechung und müssen ihre Bearbeitung anschließend in der Übung vorstellen. Für den Erhalt der aSL sind mindestens 50% der Aufgaben zu bearbeiten.