3.1. Элементы общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций, формируемых данной дисциплиной 3.1.1. Общекультурные компетенции
В процессе изучения дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики» происходит формирование следующих общекультурных компетенций:
- уметь использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);
- уметь работать с компьютером на уровне пользователя и способность применять навыки работы, как в социальной сфере, так и в области познавательной и профессиональной деятельности (ОК-7);
- умение работать с компьютером на уровне пользователя и способностью применять навыки работы с компьютерами, как в социальной сфере, так и в области познавательной и профессиональной деятельности (ОК-8);
- способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-10);
- должен обладать способностью использовать в профессиональной деятельности базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, наличием навыков использования программных средств и работы в компьютерных сетях, умением создавать базы специальных данных и использовать ресурсы сети Интернет (ОК-11);
- настойчивость в достижении цели с учетом моральных и правовых норм и обязанностей; способностью к сотрудничеству, разрешению конфликтов, к толерантности (ОК-13);
- способность самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-15).
3.1.2. Профессиональные компетенции
В процессе изучения дисциплины «Дополнительные главы квантовой механики» происходит формирование следующих профессиональных компетенций:
- владеть основами теории фундаментальных разделов химии (ПК-2);
- быть способным применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе в привлечении информационных баз данных (ПК-3);
- использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применением методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-4);
3.2. Результаты образования, формируемого данной дисциплиной
В результате изучения дисциплины студент должен:
- знать - основные постулаты и математический аппарат квантовой механики, приближенные методы решения квантово-механических задач, основные положения квантовой механики, неэмпирические и полуэмпирические методы изучения электронного строения атомов и молекул, качественная теория реакционной способности;
- уметь – применять полученные знания других дисциплин (строение вещества, кристаллохимия, физическая химия, электрохимия, органическая химия, теоретическая неорганическая химия), описывать, объяснять и прогнозировать свойства самых разнообразных атомно-молекулярных систем (известных, экспериментально неизученных и неизвестных соединений);
-владеть – современными расчетными методами квантовой химии, фундаментальными основами информатики и пользования вычислительной техникой.
4. Содержание и структура дисциплины. 4.1. Содержание разделов.
Предмет квантовой механики молекулярных систем и квантовой химии. Основные этапы развития квантовой теории. Главные тенденции в развитии квантовой химии как основного теоретического фундамента современной химической науки.
Основные постулаты квантовой механики. Квантовые состояния и волновые функции; основные свойства волновых функций. Операторы физических величин (наблюдаемых); средние значения и дисперсии наблюдаемых. Плотность вероятности распределения частиц в пространстве.
Математический аппарат квантовой механики. Эрмитовы операторы, их собственные функции и собственные значения. Вырождение. Матричное представление операторов. Разложение по собственным функциям эрмитова оператора. Коммутационные соотношения.
Операторы координат, импульсов, моментов импульса, кинетической и потенциальной энергии. Оператор Гамильтона (гамильтониан).
Соотношения неопределенностей. Физический смысл и простейшие оценки на их основе.
Эволюция состояний и уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шредингера. Дискретный и непрерывный спектры. Уравнение непрерывности.
Простейшие примеры применения квантовой механики. Одномерные задачи: спектр, качественные особенности волновых функций. Задачи о прямоугольном потенциальном ящике, потенциальном барьере и гармоническом осцилляторе.
Теория момента импульса. Основные следствия коммутационных соотношений для компонент момента импульса. Правила сложения моментов импульса. Жесткий ротатор.
Задача об атоме водорода. Разделение переменных. Водородоподобные орбитали, графическое представление их радиальных и угловых частей. Вырождение одноэлектронных состояний как следствие симметрии центрального поля.
Приближенные методы решения квантово-механических задач. Теория возмущений для стационарных состояний в отсутствие и при наличии вырождения. Вариационный принцип квантовой механики и вариационный метод. Метод Ритца.
Молекула в постоянных электрическом и магнитном полях. Дипольный электрический и магнитный моменты системы частиц. Снятие вырождения под влиянием постоянного электрического или магнитного поля (эффекты Штарка и Зеемана.)
Спин элементарных частиц и связанный с ним магнитный момент. Операторы спина и коммутационные соотношения. Спин-орбитальное взаимодействие и его проявления.
Системы тождественных частиц: фермионы и бозоны. Антисимметричность волновой функции для системы электронов. Представление волновой функции системы электронов в виде определителя.
Уравнение Шредингера для атомов и молекул. Разделение электронного и ядерного движений. Адиабатическое приближение. Электронные, колебательные и вращательные состояния молекул.
Поверхность потенциальной энергии. Роль представлений о поверхности потенциальной энергии в современной структурной теории химии.
Электронное волновое уравнение. Электронная плотность и ее изменения при переходе от разделенных атомов к молекуле.
Построение приближенных решений электронного волнового уравнения на основе вариационного принципа. Одноэлектронное приближение. Метод Хартри - Фока (самосогласованного поля, ССП). Уравнения, определяющие орбитали. Орбитальные энергии и их связь с полной электронной энергией.
Понятие о методе конфигурационного взаимодействия. Метод валентных схем.
Электронное строение атомов. Электронные конфигурации и термы атомов. Сложение моментов для атомов. Правила Хунда. Электронное строение атомов и периодическая система элементов Д.И. Менделеева.
Представление молекулярных орбиталей (МО) в виде линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). Наиболее распространненные типы базисов атомных орбиталей: орбитали слейтеровского и гауссова типа. Метод ССП МО ЛКАО.
Учет симметрии ядерной конфигурации при рассмотрении электронной задачи. Элементы и операции симметрии. Точечные группы симметрии. Представления точечных групп, неприводимые представления и таблицы характеров.
Симметрия и свойства молекул. Классификация электронных состояний молекул и классификация молекулярных орбиталей по симметрии. σ- и π- Орбитали. π- Электронное приближение. Орбитали симметрии и эквивалентные орбитали.
Связывающие и разрыхляющие орбитали.
Локализованные молекулярные орбитали, натуральные связывающие орбитали и классические представления о химической связи. Групповые орбитали. Переносимость орбиталей фрагментов молекул. Связевые орбитали и орбитали неподеленных пар.
Гибридизация и гибридные орбитали в базисе атомных s-, p- и d-орбиталей.
Полуэмпирические методы квантовой химии. Методы, использующие нулевое дифференциальное перекрывание. Расширенный метод Хюккеля. Метод Хюккеля для π- электронных систем. Возможности и ограничения применения полуэмпирических методов квантовой химии.
Современное программное обеспечение квантово-химических расчетов. Наиболее распространенные программные комплексы (MOPAC, GAUSSIAN и др.).
Дисциплины и курсы по выбору студента
7.РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ В КУРСЕ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
1.Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Решение задач в курсе неорганической химии» входит в математический и естественнонаучный цикл дисциплины и курсы по выбору студентов 020100.62 «Химия».
Взаимосвязь дисциплины с сопутствующими дисциплинами
Дисциплина «Решение задач в курсе неорганической химии» содержательно взаимосвязана с дисциплинами математического и естественнонаучного цикла.
Параллельно с изучением данной дисциплины, студенты должны получать основные разделы математики и физики, а также других химических дисциплины, которые изучаются на 1 курсе.
Взаимосвязь дисциплины с последующими дисциплинами.
Знания, умения и навыки, приобретенные в процессе обучения решению задач в курсе неорганической химии необходимы для последующего освоения других химических дисциплин, а также дисциплин математического и естественнонаучного цикла.
2. Место дисциплины в модульной структуре ООП
Дисциплина «Решение задач в курсе неорганической химии» является самостоятельным модулем.
3.Цели и задачи освоения дисциплины.
Целью освоения дисциплины «Решение задач в курсе неорганической химии»:
-закрепление получаемых фундаментальных теоретических знаний;
-приобретение необходимых навыков при решении расчетных и экспериментальных задач на физико-химические свойства химических элементов и их соединений на основе периодического закона Д.И.Менделеева;
- знакомство с физико-химическими закономерностями течения химических реакций и изучение базовых теоретических основ термодинамики, химической кинетики, электрохимии и решение расчетных задач;
- осуществление межпредметных и курсовых связей в процессе решения расчетных задач;
- развитие интереса студентов к выбранной дисциплине, активизация их самостоятельной деятельности.
Задачи дисциплины:
- рассмотреть основные методы и способы решения расчетных задач на свойства химических элементов и их соединений;
- рассмотреть основные понятия термодинамики, теории растворов, кинетики, электрохимии и закрепить эти положения через решение расчетных задач;
4. Структура дисциплины.
Дисциплина состоит из следующих основных разделов:
Вводная лекция. Типы и номенклатура неорганических веществ. Основные понятия и законы химии.Стехиометрические расчеты в химии. Строение атомов. Периодический закон. Явление радиоактивности. Ядерные превращения.Энергетика и направление химических процессов. Элементы химическойтермодинамики.Химическая кинетика и равновесие. Общие свойства растворов. Растворимость веществ.Свойства растворов неэлектролитов и электролитов. Произведение растворимости. Условие выпадения осадка. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей.Окислительно- восстановительные реакции. Электрохимические свойства металлов. Комплексные соединения. Химические свойства S – элементов. Химические свойства Р – элементов. Химические свойства d- и f- элементов.
5. Образовательные технологии
С целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся при освоении дисциплины «Решение задач в курсе неорганической химии» используются традиционные формы проведения лекционных и практических занятий, а также современные информационные технологии (Internet-тестирование, презентации). В рамках курса «Решение задач в курсе неорганической химии» предусматриваются встречи с ведущими специалистами в области неорганической химии, в том числе специалисты кафедры «Неорганической химии» МГУ. Кубанского Г.У., Южного федерального университета, Ростов-на-Дону, ДГУ, г. Махачкала.
В учебном процессе будут использованы информационные, компьютерные мультимедийные методы и приемы обучения.
Требования к результатам освоения содержания дисциплины.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенции в соответствии с ФГОС и ООП ВПО на данной специальности:
а) общекультурных (ОК)
- умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь, ОК-6.
- способен понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, ОК-9
- владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения и переработки информации, имеет навыки работы с компьютером, ОК-10.
- настойчив в достижении цели с учетом моральных и правовых норм и обязанностей, ОК-13
б) профессиональных (ПК):
-понимает роль естественных наук в выработке научного мировоззрения, ПК-2
-способен использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и неорганической химии, ПК-3
- использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, ПК-4
- владеет методами и алгоритмами решения практических задач и современными компьютерными технологиями для решения проблем, возникающих при выполнении профессиональных функций, ПК-13
-способен на научной основе организовать свой труд, самостоятельно оценить результаты своей деятельности, владеет навыками самостоятельной работы ПК-17.
- понимает необходимость безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств, ПК-16
- владеет базовыми понятиями экологической химии, ПК-23
В результате усвоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
- теоретические основы неорганической химии (состав, строение и химические свойства основных простых веществ и протекания химических процессов);
- закономерности изменения свойств простых веществ и соединений внутри групп и рядов периодической системы;
- сущность современных физических и физико-химических методов исследования, применяемых в неорганической химии, а также основные задачи, решаемые этими методами.
Уметь:
Применять математический аппарат и основные алгоритмы дисциплины для решения расчетных и экспериментальных задач, пользоваться современными представлениями неорганической химии для объяснения специфики поведения химических соединений.
Владеть методами и способамирешения задач в курсе неорганической химии,метрологическими основамифизико-химических расчетов химических реакции, в том числе, с использованием справочного материала.
7. Общая трудоемкость дисциплины. 3 зачетных единицы (108 академических часа)
8. Формы контроля. Промежуточная аттестация – экзамен (1 семестр)
9. Составитель Автор,к.х.н., доцент кафедры неорганической и физической химии КБГУ им. Х.М. Бербекова, Кяров А.А.
7.1.ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
1. Цели и задачи дисциплины
Целью преподавания дисциплины является обучение студентов активному и сознательному использованию современных технических средств вычислительной техники, обработки и передачи информации, современных сетевых технологий, языков и средств программирования; пониманию принципов функционирования системного и прикладного программного обеспечения.
Задача курса состоит в том, чтобы в результате изучения дисциплины у студентов сформировались знания, умения и навыки, позволяющие находить оптимальное применение информационным технологиям в основных задачах профессиональной деятельности и организации своего труда.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);
умеет работать с компьютером на уровне пользователя и способен применять навыки работы с компьютерами как в социальной сфере, так и в области познавательной и профессиональной деятельности (ОК-7);
способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-8);
владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-9).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные понятия информатики, технические и программные средства реализации информационных технологий, типовые численные методы решения математических задач и алгоритмы их реализации, один из языков программирования высокого уровня, основы работы в локальных и глобальных компьютерных сетях;
уметь: применять средства вычислительной техники для обработки, хранения и передачи информации, уверенно использовать сетевые средства, работать в современных информационных системах с использованием возможностей и сервисов современных локально вычислительных систем и сети Интернет, системах управления базами данных, использовать языки и системы программирования для решения профессиональных задач, пользоваться программными средствами общего назначения;
владеть: навыками работы в локальных и глобальных компьютерных сетях, техническими и программными средствами защиты информации, включая приёмы антивирусной защиты.
3. Содержание дисциплины. Основные разделы
Устройство компьютера. Архитектура и организация ЭВМ. Представление данных и информация. Основные понятия алгоритмизации. Текстовые процессоры, электронные таблицы и табличные процессоры. Технические и программные средства реализации информационных технологий, типовые численные методы решения математических задач и алгоритмы их реализации. Один из языков программирования высокого уровня. Основы построения и использования систем управления базами данных, основы работы в локальных и глобальных компьютерных сетях.
8.СИМЕТРИЯ МОЛЕКУЛ
1. Цели и задачи дисциплины
Целью преподавания дисциплины является обучение студентов активному и сознательному использованию современных технических средств вычислительной техники, обработки и передачи информации, современных сетевых технологий, языков и средств программирования; пониманию принципов функционирования системного и прикладного программного обеспечения для квантовомеханичского расчета молекул.
Задача курса состоит в том, чтобы в результате изучения дисциплины у студентов сформировались знания, умения и навыки, позволяющие находить оптимальное применение информационным технологиям в основных задачах профессиональной деятельности и организации своего труда.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);
умеет работать с компьютером на уровне пользователя и способен применять навыки работы с компьютерами как в социальной сфере, так и в области познавательной и профессиональной деятельности (ОК-7);
способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-8);
владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-9).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: основные понятия информатики, технические и программные средства реализации информационных технологий, типовые численные методы решения математических задач и алгоритмы их реализации, один из языков программирования высокого уровня, основы работы в локальных и глобальных компьютерных сетях;
уметь: применять средства вычислительной техники для обработки, хранения и передачи информации, уверенно использовать сетевые средства, работать в современных информационных системах с использованием возможностей и сервисов современных локально вычислительных систем и сети Интернет, системах управления базами данных, использовать языки и системы программирования для решения профессиональных задач, пользоваться программными средствами общего назначения;
владеть: навыками работы в локальных и глобальных компьютерных сетях, техническими и программными средствами защиты информации, включая приёмы антивирусной защиты.
3. Содержание дисциплины. Основные разделы
Устройство компьютера. Архитектура и организация ЭВМ. Представление данных и информация. Основные понятия алгоритмизации. Текстовые процессоры, электронные таблицы и табличные процессоры. Технические и программные средства реализации информационных технологий, типовые численные методы решения математических задач и алгоритмы их реализации. Один из языков программирования высокого уровня. Основы построения и использования систем управления базами данных, основы работы в локальных и глобальных компьютерных сетях.
8.1.ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ХИМИИ
1.Цели и задачи дисциплины
Цель изучения дисциплины - объединяющая и централизующая роль истории и методологии химии в системе химических дисциплин, составляющих основное содержание современной химии. Этот курс призван также установить взаимосвязь между естественнонаучными и гуманитарными предметами.
Задачами дисциплины являются: в методологической части - выделить и рассмотреть во взаимной связи важнейшие понятия и модели, используемые в главных химических дисциплинах, в обобщенном виде должна быть представлена система подходов и методов, используемых в химических исследованиях; в исторической части - представить формирование химических понятий и представлений во времени и в пространстве.
2.Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
знает основные положения и методы социальных, гуманитарных и экономических наук, способен использовать их при решении социальных и профессиональных задач и способен анализировать социально значимые проблемы и процессы (ОК-3);
умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-5);
владеет развитой письменной и устной коммуникацией, включая иноязычную культуру (ОК-11);
настойчив в достижении цели с учетом моральных и правовых норм и обязанностей (ОК-13);
способностью в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОК-15);
понимает сущность и социальную значимость профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности (ПК-1);
пониманием основных тенденций развития науки и техники, в частности химии (ПКД-1).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: историю химии как часть химии и как часть истории культуры, содержание и основные особенности современной химии; методологические проблемы химии, фундаментальные понятия химии и их эволюция, закон постоянства состава и структуры как основной закон химии, классификацию физических методов исследования в химии; основные этапы истории развития системы химических наук, научные достижения наиболее выдающихся зарубежных и российских химиков.
уметь: сформулировать принципы становления той или иной отрасли химической науки, оценить роль той или иной теории в развитии, роль того или иного ученого в становлении и развитии научного направления.
владеть: методологическими основами историко-научного познания, навыками анализа первоисточников.
3.Содержание дисциплины. Основные разделы
История химии как часть химии и как часть истории культуры. Роль исторического подхода в химических исследованиях. Взаимосвязь истории и методологии химии. Соотношение курса истории и методологии химии с науковедением, общей методологией естествознания и философией.
9.ЭКОЛОГИЯ И ХИМИЯ
Место дисциплины в структуре основной образовательной программы (ООП).
Дисциплина включена в гуманитарный, социальный и экономический цикл вариативной части и является дисциплиной по выбору студентов.
К исходным требованиям, необходимым для изучения дисциплины «Химия и экология», относятся знания, умения и виды деятельности, сформированные в процессе изучения дисциплин: «Неорганическая химия», «Органическая химия». «Аналитическая химия», «Экология» и др.
Место дисциплины в модульной структуре (ООП).
Дисциплина «Химия и экология» является самостоятельным модулем.
Цель изучения дисциплины.
Целью усвоения учебной дисциплины «Химия и экология» является приобретение знаний о трансформации и миграции химических соединений природного и антропогенного происхождения в литосфере, гидросфере и атмосфере и о взаимосвязи между явлениями, протекающих в различных частях биосферы, так как в современных условиях высокое качество профессионального образования специалиста – химика неразрывно связано с его экологической образованностью; формирование общекультурных и профессиональных компетенций.
Структура дисциплины.
Дисциплина состоит из 11 разделов.
|
