KE540: Kvantekemi og Modellering

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til kemisk bindingsteori og fysisk kemi svarende til et førsteårskursus i kemi
• Have kendskab til grundlæggende matematisk analyse
• Have kendskab til grundlæggende organisk kemi
  

Kursets formål er dels at give studerende, som ikke tidligere har haft et standard kursus i kvantekemi, en introduktion til centrale elementer af kvantekemi, samt at give de studerende en oversigt over moderne metoder inden for kemisk modellering. Der fokuseres specielt på anvendelser inden for den organiske kemi.

Kurset bygger oven på den viden fra førsteårskurser i kemi og matematik svarende til en sidefagsuddannelse i kemi , og giver et fagligt grundlag for at forstå moderne modelleringsmetoder og grundlæggende kvantekemi med bred anvendelse i kemiuddannelsen.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• Give kompetence til at undervise i kvantekemi i gymnasiale uddannelser
• Give færdigheder i at forstå argumenterne i forskningsartikler som anvender modellering 
• Give en introduktion til moderne beregningsmetoder indenfor kemisk modellering
• Gøre den studerende i stand til at kunne analysere og arbejde med problemstillinger indenfor kemi med udgangspunkt i moderne modellering samt at udføre beregninger på typiske kemiske problemstillinger.

• Redegøre for basale kvantemekaniske principper og de bagvedliggende matematiske teknikker.
• Forklare løsningen af Schrödingerligningen for partikel i en kasse og tunneleffekten for en firkantet barrieremodel.
• Redegøre for den kvantemekaniske beskrivelse af en harmonisk oscillator og forklare hvordan den kan benyttes til at fortolke vibrationsspektre.
• Opskrive både den elektroniske og den totale Hamiltonoperator for ethvert molekyle og forklare betydningen af de enkelte led.
• Forklare mønstre in bindingsstyrke, ligevægtsafstande, dissociationsenergi i molekyler ud fra molekylorbitalteori.
• Fortolke simple elektronisk spektre ud fra molekylorbitalteori.
• Identificere og beskrive moderne modelleringsmetoder indenfor kemi.
• Vurdere disse modelleringsmetoders styrker og svagheder i forhold til løsning af problemer inden for organisk kemi.
• Udvælge relevante modelleringsmetoder til at studere et givet kemisk problem.
• Udføre computerberegninger med de valgte modelleringsmetoder til løsning af et givet problem og fortolke resultatet af beregningerne.

Kurset indeholder følgende faglige hovedområder:

• Kvantemekaniske principper og Schrödingerligningen 
• Molekylorbitaler og elektrontilstande herunder den teoretiske baggrund for UV/vis spektre
• Modelleringsmetoder herunder force field metoder, optimeringsteknikker samt docking

• Frank Jensen: Introduction to Computational Chemistry, 3rd ed., Wiley.

Se itslearning for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

• Introfase (forelæsning) - Antal timer: 16
  
• træningsfase: Antal timer: 20, heraf 6 timer eksaminatorier og 14 timer laboratorieøvelser

Dele af dette kursus benytter undervisningsformen ”flipped classroom”. Som forberedelse til I-timerne skal de studerende se en video, der introducerer materialet, og ved I-timerne arbejdes der med spørgsmål og opgaver relateret til dette materiale. Ved computerøvelserne arbejdes der med praktiske opgaver relateret til det introducerede materiale. I kvantekemidelen af kurset vil det nye materiale blive præsenteret i I-timerne og E-timerne bruges på at arbejde med dette materiale i form af løsning af opgaver. 

Aktiviteter i studiefasen:

• Læsning af materiale i lærebogen
• Se introvideoer med kursusmateriale
• Arbejde med afleveringsopgaver og projekt