Einführung in die Quantenchemie - Interaktive Studienpläne der TU Ilmenau

Quantenchemie (BSc)

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

vorwiegend Tafel, auch Beamer-Präsentationen und Handout, Übungsblätter, Arbeitsplatzrechner mit Software Gaussian

C. J. Cramer: Essentials of Computational Chemistry (John Wiley & Sons)

J. Reinhold: Quantentheorie der Moleküle (Teubner)

Fach wird geprüft im Rahmen der Modulprüfung "Physik komplexer Systeme" oder als fakultatives Fach in einer mündlichen Einzelprüfung (30 Minuten) geprüft.

Für den Fall, dass aufgrund verordneter Maßnahmen im Rahmen der Virus SARS-CoV-2-Pandemie 2020 die als regulär bestimmte Form nicht eingehalten werden kann, wird die mündliche Prüfung online als Einzel- oder Gruppenprüfung von einem Prüfer und einem Beisitzer durchgeführt werden.

Fach wird geprüft im Rahmen der Modulprüfung "Physik komplexer Systeme" oder als fakultatives Fach in einer mündlichen Einzelprüfung (30 Minuten) geprüft.

Für den Fall, dass aufgrund verordneter Maßnahmen im Rahmen der Virus SARS-CoV-2-Pandemie 2020 die als regulär bestimmte Form nicht eingehalten werden kann, wird die mündliche Prüfung online als Einzel- oder Gruppenprüfung von einem Prüfer und einem Beisitzer durchgeführt werden.