Основы молекулярной спектроскопии

ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ
от 21.10.2015
Рег. номер:
Дисциплина:
Учебный план:
Вид УМК:
Инициатор:
Автор:
Кафедра:
УМК:
Дата заседания
УМК:
Протокол заседания УМК:
1457-1 (29.05.2015)
Основы молекулярной спектроскопии
03.03.03 Радиофизика/4 года ОДО
Электронное издание
Михеев Владимир Александрович
Михеев Владимир Александрович
Кафедра радиофизики
Физико-технический институт
16.04.2015
№6
Согласующие
ФИО
Дата получения
Дата согласования
Результат согласования
Зав. кафедрой
(Зав. кафедрой
(к.н.))
Михеев Владимир Александрович
21.05.2015
08:50
21.05.2015
08:50
Рекомендовано к
электронному
изданию
Председатель
УМК
(Доцент (к.н.))
Креков Сергей
Александрович
21.05.2015
08:50
21.05.2015
17:40
Согласовано
Менеджер ИБЦ Беседина Мари- 21.05.2015
(Директор)
на Александров17:40
на
Ульянова Елена
Анатольевна
(Ульянова Елена
Анатольевна)
29.05.2015
15:58
Согласовано
Подписант:
Дата подписания:
Креков Сергей Александрович
29.05.2015
Комментарии
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физико-технический институт
Кафедра радиофизики
Михеев В.А.
ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 03.03.03 «РАДИОФИЗИКА»
Форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2015
Михеев В.А. Основы молекулярной спектроскопии. Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для студентов направления 03.03.03 РАДИОФИЗИКА, форма обучения очная.
Тюмень, 2015, 18 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и ПрООП ВО по направлению 03.03.03 РАДИОФИЗИКА .
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: «Основы молекулярной спектроскопии» [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3plus.utmn.ru.,
свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Утверждено и.о.директора Физикотехнического института.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А.
к.ф.-м.н., доцент.
© Тюменский государственный университет, 2015.
© Михеев В.А. 2015.
1. Пояснительная записка
Дисциплина «Основы молекулярной спектроскопии» в соответствии с ФГОС ВО по
направлению подготовки 03.03.03 РАДИОФИЗИКА относится к дисциплинам по выбору.
Учитывая, что объектами профессиональной деятельности бакалавров данного направлений
являются различные виды технических устройств, связанных с распространением электромагнитных волн, в том числе оптического диапазона, изучение данной дисциплины позволит
глубже понимать физические явления, происходящие при отражении, преломлении, рассеянии, интерференции и дифракции световых волн на границах раздела оптических сред.
Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является формирование у студентов общих знаний по молекулярной спектроскопии.
Задачи дисциплины:

формирование целостного представления о теории строения молекул;

изучение поглощение электромагнитных волн молекулами в различных диапазонах;
1.2. Место дисциплины в структуре ОП бакалавриата
«Основы молекулярной спектроскопии» являются дисциплиной по выбору.
Содержание курса базируется на знаниях, приобретённых при изучении дисциплин
естественнонаучного и профессионального циклов, в том числе математики и физики. Знания, полученные при изучении данной дисциплины необходимы для освоения дисциплин:
«квантовая радиофизика» и других.
1.1.
Таблица 1.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
2.
3.
Наименование обеспечива- Темы дисциплины необходимые для изучеемых (последующих) дис- ния обеспечиваемых (последующих) дисцициплин
плин
1
2
3
4
5
6
7
8 9
Выпускная квалификаци- +
+
+
+
+
+
+
+ +
онная работа.
Квантовая радиофизика.
+
+
+
+
+
+
+
+ +
Практикум по квантовой +
+
+
+
+
+
+
+ +
радиофизике.
1.3. Компетенции выпускника ОП бакалавриата, формируемые в результате
освоения данной дисциплины
В соответствии с ФГОС ВО данная дисциплина направлена на формирование следующих компетенций:
способность использовать базовые теоретические знания (в том числе по дисциплинам профилизации) для решения профессиональных задач (ПК-1),
способность к профессиональному развитию и саморазвитию в области радиофизики
и электроники (ПК-6).
1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать основные понятия и законы атомной физики и квантовой механики;

уметь: производить простейшие расчеты спектров молекул, оценивать степень
достоверности полученных расчетов;

владеть: приемами и навыками решения конкретных радиофизических задач в
области применении молекулярной спектроскопии.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Дисциплина «Основы молекулярной спектроскопии» изучается в 8 семестре. Форма промежуточной аттестации - экзамен. Общая трудоемкость дисциплины составляет зачётные
единицы 108 академических часов, из них 52,1 часа, выделенных на контактную работу с
преподавателем (в том числе лекции 24 ч., практические и семинарские 24 ч. иные виды работы 4,1 ч.), 55,9 ч., выделено на самостоятельную работу.
3.
Тематический план
Таблица 2
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Из них в интерактивной форме часов
Итого
4.
из них в интерактивной форме
Итого кол-во баллов
1.
2
3
Модуль 1
1-6
Тема 1. Общие вопросы молекулярной спектроскопии.
Тема 2. Электрооптические характеристики поглощения и испускания
рассеяния.
Тема 3. Вращение молекул и вращательные спектры.
Тема 4. Колебательное движение и
спектры двухатомных молекул
Тема 5. Колебательно-вращательные
спектры двухатомных молекул.
Всего модуль1
7-14
Модуль 2
Тема 6. Электронные состояния двухатомных молекул.
.
Тема
7. Электронные спектры двухатомных молекул.
4
Тема
8. Интенсивности в электрон. ных спектрах двухатомных молекул.
1
Тема
9. Возмущения в электронных
спектрах двухатомных молекул.
Всего модуль 2
Всего за семестр
Практические занятия
Самостоятельная
работа
Итого часов по теме
1
Лекции
Виды учебной
работы и самостоятельная
работа, в час.
Недели семестра
№ Тема
4
5
6
7
8
9
2
2
4
8
2
0-10
2
2
6
10
1
0-10
2
2
6
10
1
0-10
2
2
6
10
1
0-10
4
4
8
16
2
0-10
12
12
30
54
5
0-50
3
3
6
12
2
0-10
3
3
8
14
3
0-15
3
3
8
14
2
0-15
3
3
8
14
2
0-10
12
24
12
24
30
60
54
108
9
14
0-50
0100
108
14
14
24
24
60
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля Таблица 3
Устный
опрос
№ темы
Восьмой семестр
Модуль 1
1.
2.
3.
4.
5.
Всего
Модуль 2
6.
7.
8.
9.
Всего
Всего за семестр
Письменные работы
Ответ на Домашние
семинаре дания
за- Контрольная
работа
Итого количество баллов
0-4
0-4
0-4
0-4
0-4
0-20
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
10
0-4
0-4
0-4
0-4
0-4
0-20
0-10
0-10
0-10
0-10
0-10
0-50
0-4
0-4
0-4
0-4
0-16
0-36
0-2
0-2
0-2
0-2
0-8
0-18
0-4
0-4
0-4
0-4
0-16
0-36
0-10
0-15
0-15
0-10
0-50
0-100
Содержание дисциплины.
Тема 1. Общие вопросы молекулярной спектроскопии
Введение. Краткий исторический обзор развития учения о молекулярных спектрах.
Разделение энергии молекулы на части. Порядок величины электронной, колебательной и
вращательной энергии. Потенциальная энергия двухатомной молекулы.
Тема 2. Электрооптические характеристики поглощения и испускания рассеяния
Интенсивности поглощения и испускания в дипольном приближении. Интенсивность
рассеянного света. Интенсивность комбинационного рассеяния.
Тема 3. Вращение молекул и вращательные спектры.
Задача о жестком и нежестком ротаторе. Структура энергетических термов, собственные функции ротатора. Правила отбора. Вращательные спектры испускания, поглощения и
комбинационного рассеяния. Влияние изотопного замещения на вращательные спектры. Модель симметричного волчка. Положительные и отрицательные вращательные уровни. Симметричные и антисимметричные вращательные уровни молекул с одинаковыми ядрами. Орто-и пара- модификации.
Тема 4. Колебательное движение и спектры двухатомных молекул.
Задача о гармоническом и ангармоническом осцилляторе. Структура энергетических
состояний и собственные волновые функции осциллятора. Правила отбора в колебательных
спектрах ИК-поглощения и комбинационного рассеяния. Сплошной спектр термов и диссоциация. Изотопический эффект. Определение энергии диссоциации по колебательным спектрам.
Тема 5. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул.
Колеблющийся ротатор. Нарушение принципа Бора-Опенгеймера: взаимодействие колебания и вращения. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Р- и Rветви в ИК-спектрах поглощения. О-,Q-, S - ветви в спектрах комбинационного рассеяния.
Интенсивность в колебательно-вращательных спектрах. Тепловое распределение квантовых
состояний. Определение вращательных постоянных по колебательно-вращательным спектрам.
5.
Тема 6. Электронные состояния двухатомных молекул.
Электронные состояния двухатомных молекул, Электронный момент количества движения двухатомных молекул. Свойства электронных состояний, их классификация. Характеристики отдельных электронов в молекуле и молекулярные электронные оболочки. Возможные состояния молекул с заданной электронной конфигурацией.
Тема 7. Электронные спектры двухатомных молекул.
Электронная и полная энергия молекул. Колебательная структура электронных полос.
Таблица Деландра, группы полос. Вращательная структуре электронно-колебательных полос. Парабола Фортрата. Образование канта, оттенение полос.
Тема 8. Интенсивности в электронных спектрах двухатомных молекул.
Интенсивности в электронных спектрах. Распределение интенсивности в электронноколебательных спектрах поглощения и испускания. Принцип Франка-Кондона и его квантово-механическая формулировка. Распределение интенсивности в электронно-колеба- тельновращательных спектрах двухатомных молекул. Взаимодействие электронного и вращательного движений. Случай связи Гунда. Разрыв связи.
Тема 9. Возмущения в электронных спектрах двухатомных молекул.
Общая теория возмущений. Вращательные возмущения. Колебательные возмущения.
Пересечение потенциальных кривых. Сплошные и диффузные молекулярные спектры поглощения и испускания. Диссоциация. Преддиссоциация. Эффект Оже. Типы предиссоциации и правила отбора для предиссоциации. Принцип Франка-Кондона для предиссоциации.
Планы семинарских занятий
Семинарские занятия на 50% проводятся в интерактивной форме (учебные дискуссии,
Case-study и т.п.) Основная цель - освоение учебной программы методом решения задач.
Часть задач решается непосредственно в течение аудиторных занятий, часть дается на самостоятельное решение с последующей проверкой правильности решения.
Темы практических занятий.
Тема 1. Общие вопросы молекулярной спектроскопии
1. Введение. Краткий исторический обзор развития учения о молекулярных спектрах
2. Разделение энергии молекулы на части. Порядок величины электронной, колебательной и вращательной энергии.
3. Потенциальная энергия двухатомной молекулы.
Тема 2. Электрооптические характеристики поглощения и испускания рассеяния
1. Интенсивности поглощения и испускания в дипольном приближении.
2. Интенсивность рассеянного света
3. Интенсивность комбинационного рассеяния.
Тема 3. Вращение молекул и вращательные спектры.
1. Задача о жестком и нежестком ротаторе.
2. Структура энергетических термов, собственные функции ротатора.
3. Правила отбора. Вращательные спектры испускания, поглощения и комбинационного
рассеяния.
4. Влияние изотопного замещения на вращательные спектры. Модель симметричного
волчка.
5. Положительные и отрицательные вращательные уровни. Симметричные и антисимметричные вращательные уровни молекул с одинаковыми ядрами. Орто-и пара- модификации.
Тема 4. Колебательное движение и спектры двухатомных молекул.
1. Задача о гармоническом и ангармоническом осцилляторе.
2. Структура энергетических состояний и собственные волновые функции осциллятора.
3. Правила отбора в колебательных спектрах ИК-поглощения и комбинационного рассеяния.
6.
4. Сплошной спектр термов и диссоциация. Изотопический эффект. Определение энергии диссоциации по колебательным спектрам.
Тема 5. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул.
1. Колеблющийся ротатор. Нарушение принципа Бора-Опенгеймера: взаимодействие
колебания и вращения.
2. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Р- и R-ветви в ИКспектрах поглощения. О - , Q - , S - ветви в спектрах комбинационного рассеяния.
3. Интенсивность в колебательно-вращательных спектрах. Тепловое распределение
квантовых состояний.
4. Определение вращательных постоянных по колебательно-вращательным спектрам.
Тема 6. Электронные состояния двухатомных молекул.
1. Электронные состояния двухатомных молекул, Электронный момент количества
движения двухатомных молекул.
2. Свойства электронных состояний, их классификация.
3. Характеристики отдельных электронов в молекуле и молекулярные электронные оболочки. Возможные состояния молекул с заданной электронной конфигурацией.
Тема 7. Электронные спектры двухатомных молекул.
1. Электронная и полная энергия молекул.
2. Колебательная структура электронных полос.
3. Таблица Деландра, группы полос.
4. Вращательная структуре электронно-колебательных полос. Парабола Фортрата. Образование канта, оттенение полос.
Тема 8. Интенсивности в электронных спектрах двухатомных молекул.
1. Интенсивности в электронных спектрах.
2. Распределение интенсивности в электронно-колебательных спектрах поглощения и
испускания.
3. Принцип Франка-Кондона и его квантово-механическая формулировка. Распределение интенсивности в электронно-колебательно-вращательных спектрах двухатомных молекул.
4. Взаимодействие электронного и вращательного движений. Случай связи Гунда. Разрыв связи.
Тема 9. Возмущения в электронных спектрах двухатомных молекул.
1. Общая теория возмущений. Вращательные возмущения. Колебательные возмущения.
Пересечение потенциальных кривых.
2. Сплошные и диффузные молекулярные спектры поглощения и испускания. Диссоциация. Преддиссоциация. Эффект Оже.
3. Типы предиссоциации и правила отбора для предиссоциации. Принцип ФранкаКондона для предиссоциации.
7.
8.
Лабораторный практикум.
Лабораторный практикум учебным планом ООП не предусмотрен.
Примерная тематика курсовых работ.
Учебным планом ООП курсовые работы не предусмотрены.
9.
Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной работы студентов.
Таблица 5
№ Модули и темы
Виды СРС
НедеОбъ- Колля се- ем
во
Обязательные
Дополниместра часов бал
тельные
лов
Семестр 8
Модуль 1
1. Тема 1. Общие вопросы Работа с литерамолекулярной спек- турой. Выполнение домашнего
троскопии.
задания.
2. Тема 2. Электроопти- Работа с литераческие
характери- турой. Выполнестики поглощения и ние домашнего
испускания рассея- задания.
ния.
3. Тема 3. Вращение мо- Работа с литералекул и вращатель- турой. Выполнение домашнего
ные спектры.
задания.
4. Тема 4. Колебательное Работа с литерадвижение и спектры турой. Выполнедвухатомных моле- ние домашнего
задания.
кул
5. Тема 5. Колебательно- Работа с литеравращательные спек- турой. Выполнетры
двухатомных ние домашнего
задания.
молекул.
Всего модуль1
Модуль 2
6. Тема 6. Электронные Работа с литерасостояния
двух- турой. Выполнение домашнего
атомных молекул.
задания.
7. Тема 7. Электронные Работа с литераспектры двухатом- турой. Выполнение домашнего
ных молекул.
задания.
8. Тема 8. Интенсивности Работа с литерав электронных спек- турой. Выполнетрах двухатомных ние домашнего
задания.
молекул.
9. Тема 9. Возмущения в Работа с литераэлектронных спек- турой. Выполнетрах двухатомных ние домашнего
задания.
молекул.
Всего модуль 2
ИТОГО
Подготовка
1
к контрольной работе.
4
0-6
Подготовка
2
к контрольной работе.
8
0-6
Подготовка
3
к контрольной работе.
8
0-6
Подготовка
4
к контрольной работе.
8
Подготовка
5,6
к контрольной работе.
12
40
0-24
11
0-8
Подготовка
9,10
к контрольной работе.
11
0-8
Подготовка
11,12
к контрольной работе.
11
0-8
Подготовка
13,14
к контрольной работе.
11
7-11
Подготовка
7,8
к контрольной работе.
44
84
0-40
10.Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
10.1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе
освоения образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций):
ОПК-1 способность к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности.
ОПК-1
Б1.Б.11
Б1.Б.12.1
Б1.Б.12.2
Б1.Б.12.3
Б1.Б.12.4
Б1.Б.12.5
Б1.Б.12.6
Б1.Б.13.1
Б1.Б.13.2
Б1.Б.13.3
Б1.Б.13.4
Б1.Б.13.5
Б1.Б.14.1
Б1.Б.14.2
Б1.Б.14.3
Б1.Б.14.4
Б1.Б.14.5
Б1.Б.15.1
Б1.Б.16.1
Б1.Б.16.2
Б1.Б.16.3
Б1.Б.16.4
Б1.Б.16.5
Б1.Б.17.1
Б1.Б.17.2
Б1.Б.17.3
Б1.Б.17.4
Б1.Б.17.5
Б1.Б.17.6
Б1.Б.19.1
Б1.Б.19.2
Б1.Б.19.3
Б1.Б.19.4
Б1.В.ОД.1.1
Б1.В.ОД.1.2
Б1.В.ОД.1.3
Б1.В.ОД.1.4
Б1.В.ОД.1.5
Б1.В.ДВ.3.1
Б1.В.ДВ.3.2
Б1.В.ДВ.4.1
Б1.В.ДВ.4.2
Б1.В.ДВ.5.1
Б1.В.ДВ.5.2
Б1.В.ДВ.6.1
Б1.В.ДВ.6.2
Б1.В.ДВ.7.1
Б1.В.ДВ.7.2
Способность к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности
Экология (3 семестр)
Математический анализ (1,2,3 семестр)
Аналитическая геометрия (1 семестр)
Линейная алгебра (2 семестр)
Векторный и тензорный анализ (3 семестр)
Дифференциальные уравнения (3 семестр)
Теория вероятностей и математическая статистика (4 семестр)
Механика (1 семестр)
Молекулярная физика (2 семестр)
Электричество и магнетизм (3 семестр)
Оптика (4 семестр)
Физика атома, ядра и элементарных частиц (5 семестр)
Практикум по механике (1 семестр)
Практикум по молекулярной физике (2 семестр)
Практикум по электричеству и магнетизму (3 семестр)
Практикум по оптике (4 семестр)
Практикум по атомной и ядерной физике ( 5 семестр)
Линейные и нелинейные уравнения физики (5 семестр)
Теория колебаний (3 семестр)
Физика сплошных сред (4 семестр)
Распространение электромагнитных волн (6 семестр)
Статистическая радиофизика (8семестр)
Физика и техника СВЧ (6 семестр)
Электротехника (5 семестр)
Микропроцессоры (6 семестр)
Радиоэлектроника (6 семестр)
Физическая электроника (7 семестр)
Полупроводниковая электроника (7 семестр)
Квантовая радиофизика (8 семестр)
Методы модуляции и приема электромагнитных излучений (7 семестр)
Атомная спектроскопия (7 семестр)
Основы молекулярной спектроскопии (8 семестр)
Мультисервисные сети ( 8 семестр)
Теоретическая механика (4 семестр)
Электродинамика (5 семестр)
Квантовая механика ( 6 семестр)
Термодинамика (7 семестр)
Статистическая физика. Физическая кинетика (8 семестр)
Основы построения систем передачи (2 семестр)
Цифровые системы передачи (2 семестр)
Объектно-ориентированное программирование (3 семестр)
Радиофизические методы исследования вещества (3 семестр)
Теория функций комплексного переменного ( 4 семестр)
Интегральные уравнения и вариационное исчисление (4 семестр)
Технические средства и методы защиты информации (4 семестр)
Электронные методы защиты информации (4 семестр)
Основы сетевых технологий (часть 1) (5 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 1) (5 семестр)
Б1.В.ДВ.8.1
Б1.В.ДВ.8.2
Б1.В.ДВ.9.1
Б1.В.ДВ.9.2
Б1.В.ДВ.10.1
Б1.В.ДВ.10.2
Б1.В.ДВ.11.1
Б1.В.ДВ.11.2
Б1.В.ДВ.13.1
Б1.В.ДВ.13.2
ИГА
Основы сетевых технологий (часть 2) (6 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 2) (6 семестр)
Астрофизика (7 семестр)
Астрономия (7 семестр)
Нелинейная оптика (7 семестр)
Теория оптических приборов (7 семестр)
Радиотехнические цепи и сигналы (7 семестр)
Теория обработки сигналов и сообщений (7 семестр)
Управление телекоммуникационными сетями (8 семестр)
Волоконно-оптические системы передачи (8 семестр)
Итоговая государственная аттестация ( 8 семестр)
10.2 Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных
этапах их формирования, описание шкал оценивания:
Карта критериев оценивания компетенций
Код компетенции
Критерии в соответствии с уровнем освоения ОП
пороговый
(удовл.)
61-75 баллов
ОПК- Знает: Общие
вопросы моле1
кулярной спектроскопии, виды движения в
молекулах, интенсивности
испускания и
поглощения,
возмущения в
электронных
спектрах.
базовый
(хор.)
76-90 баллов
повышенный
(отл.)
91-100 баллов
Знает: Общие вопросы молекулярной спектроскопии,
виды движения в
молекулах, интенсивности испускания и поглощения,
возмущения в электронных спектрах.
Свойства
электронных, колебательных и вращательных энергетических состояний
простых молекул.
Знает: Общие вопросы
молекулярной
спектроскопии, виды движения в
молекулах, интенсивности
испускания и поглощения,
возмущения в электронных спектрах. Свойства
электронных, колебательных и вращательных энергетических
состояний
простых молекул. Закономерности формирования
вращательных,
колебательных и электронных
спектров поглощения и
комбинационного рассеяния
Таблица 5.
Виды
занятий
(лекции,
семинарские,
практические,
лабораторные)
Лекции,
практические
(семинарские)
занятия,
самостоятельная
работа
студентов.
Оценочные
средства
(тесты,
творческие работы,
проекты
и др.)
Вопросы
семинарских занятий;
контрольные
работы;
коллоквиумы;
экзаменационные вопросы.
Умеет: На основе
знания
теории молекулярной спектроскопии,
расшифровывать спектры
простых молекул.
Владеет:
Теоретическими знаниями
необходимыми
решения типовых задач молекулярной
спектроскопии.
Умеет: На основе
знания теории молекулярной спектроскопии,
расшифровывать спектры двухатомных
молекул. По спектрам
определять
основные молекулярные характеристики.
Владеет:
Теоретическими
знаниями необходимыми решения
типовых задач молекулярной спектроскопии. Методами расчета по
спектрам основных
молекулярных характеристик
свободных двухатомных молекул.
Умеет: На основе знания
теории
молекулярной
спектроскопии, расшифровывать спектры двухатомных молекул. По
спектрам определять основные молекулярные характеристики. Самостоятельно оценивать возможные интенсивности спектральных линий.
Владеет:
Теоретическими знаниями
необходимыми решения
типовых задач молекулярной спектроскопии. Методами расчета по спектрам
основных молекулярных
характеристик свободных
двухатомных
молекул.
Методами учета искажающих факторов.
10.3 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для
оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы
формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы.
Вопрос. Какие измеряемые величины и единицы измерения используют в молекулярной спектроскопии? Запишите формулы связи величин.
Наиболее часто измеряемой величиной служит длина волны или частота излучения.
Кроме длины волны, измеряются интенсивность спектральной линии; поляризация излучения, характеризующая пространственную ориентацию колебаний в испускаемом свете; когерентность волны, которая связана с вопросом о ширине спектральной линии и длительности
испускания волны.
Исторически сложилось, что в спектроскопии используют различные единицы измерения длин волн и частот излучения. В видимой и ультрафиолетовой областях применяются
0
для измерения длины волны ангстрем - 1 А  1010 м , нанометр
1мкм  106 м . Для измерения частоты – волновое число:
.
1
1


1нм  109 м , микрометр
см
Как известно, частота света  и энергия кванта связаны соотношением:
E  h .
Из этого соотношения видно, что частоту  или волновое число можно использовать в
качестве меры энергии с точностью до постоянного множителя. Поэтому в спектроскопии
энергию разные авторы могут выражать в разных единицах. Для связи между этими единицами энергию записывают в следующем виде:
E  h , эрг , E  hc~ ,см 1 ,
E  kT , К ( кельвин ) или kT ,
.
кал
,
моль
E  eU , электронво льт ( эВ )
Связь между этими единицами следующая:
 2,998  1010 с 1  1,9861016 эрг  1,2398  10  4 эв 
кал
 1,439к  2,858
моль
1см
1
10.4 Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний,
умений, навыков и (или) опыта деятельности характеризующих этапы формирования
компетенций.
Экзамен проходит в виде собеседования по вопросам билета. Билет состоит из двух
вопросов. Предварительно, выбрав билет, студент в течение 5-7 минут должен продемонстрировать степень подготовки к экзамену по вопросам билета, формулирует основные законы и записывает их математические выражения. В случае недостаточной готовности по данному билету, студент имеет право получить другой билет, что приводит к снижению оценки
на один уровень.
После этого студент по желанию может продолжить подготовку к ответу с использованием доступной ему литературы и конспектов лекций в течение 30-40 минут. После подготовки повторно отвечает устно на поставленные вопросы в билете. Ответ на билет оценивается по трем уровням: пороговый – оценка «удовлетворительно», базовый – оценка «хорошо», повышенный – оценка отлично. В случае недостаточного уровня знаний предмета выставляется оценка «неудовлетворительно».
Примерные вопросы для экзамена.
1. Краткий исторический обзор развития учения о молекулярных спектрах
2. Разделение энергии молекулы на части. Порядок величины электронной, колебательной и вращательной энергии.
3. Потенциальная энергия двухатомной молекулы.
4. Интенсивности поглощения и испускания в дипольном приближении.
5. Интенсивность рассеянного света
6. Интенсивность комбинационного рассеяния.
7. Задача о жестком и нежестком ротаторе.
8. Структура энергетических термов, собственные функции ротатора.
9. Вращательные спектры испускания, поглощения и комбинационного рассеяния. Правила отбора.
10. Влияние изотопного замещения на вращательные спектры. Модель симметричного
волчка.
11. Положительные и отрицательные вращательные уровни. Симметричные и антисимметричные вращательные уровни молекул с одинаковыми ядрами. Орто-и пара- модификации.
12. Задача о гармоническом и ангармоническом осцилляторе.
13. Структура энергетических состояний и собственные волновые функции осциллятора.
14. Правила отбора в колебательных спектрах ИК-поглощения и комбинационного рассеяния.
15. Сплошной спектр термов и диссоциация. Изотопический эффект. Определение энергии диссоциации по колебательным спектрам.
16. Колеблющийся ротатор. Нарушение принципа Бора-Опенгеймера: взаимодействие
колебания и вращения.
17. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. Р- и R-ветви в ИКспектрах поглощения. О - , Q - , S - ветви в спектрах комбинационного рассеяния.
18. Интенсивность в колебательно-вращательных спектрах. Тепловое распределение
квантовых состояний.
19. Определение вращательных постоянных по колебательно-вращательным спектрам.
20. Электронные состояния двухатомных молекул, Электронный момент количества
движения двухатомных молекул.
21. Свойства электронных состояний, их классификация.
22. Характеристики отдельных электронов в молекуле и молекулярные электронные оболочки. Возможные состояния молекул с заданной электронной конфигурацией.
23. Электронная и полная энергия молекул.
24. Колебательная структура электронных полос.
25. Таблица Деландра, группы полос.
26. Вращательная структуре электронно-колебательных полос. Парабола Фортрата. Образование канта, оттенение полос.
27. Интенсивности в электронных спектрах.
28. Распределение интенсивности в электронно-колебательных спектрах поглощения и
испускания.
29. Принцип Франка-Кондона и его квантово-механическая формулировка. Распределение интенсивности в электронно-колебательно-вращательных спектрах двухатомных
молекул.
30. Взаимодействие электронного и вращательного движений. Случай связи Гунда. Разрыв связи.
31. Общая теория возмущений. Вращательные возмущения. Колебательные возмущения.
Пересечение потенциальных кривых.
32. Сплошные и диффузные молекулярные спектры поглощения и испускания. Диссоциация. Преддиссоциация. Эффект Оже.
33. Типы предиссоциации и правила отбора для предиссоциации. Принцип ФранкаКондона для предиссоциации.
11. Образовательные технологии.
При изучении дисциплины «Основы молекулярной спектроскопии» используются
следующие образовательные технологии:
– аудиторные занятия (лекционные и практические занятия);
– внеаудиторные занятия (самостоятельная работа, индивидуальные консультации).
В соответствии с требованиями ФГОС ВО, при реализации различных видов учебной
работы в процессе изучения дисциплины «Основы молекулярной спектроскопии», предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных
форм проведения занятий:
– семинарские и практические занятия в диалоговом режиме;
– компьютерное моделирование и практический анализ результатов;
– научные дискуссии;
– работа в малых группах по темам, изучаемым на практических занятиях.
12. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
12.1 Основная литература:
1. Молекулярная спектроскопия: основы теории и практика: Учебное пособие / Под ред.
проф. Ф.Ф. Литвина. - М.: НИЦ Инфра-М, 2013. - 263 с.: 60x88 1/16. - (Высшее образование:
Бакалавриат).
(обложка)
ISBN
978-5-16-005727-9,
200
экз.
http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=352873(14.03.2014)
12.2 Дополнительная литература
1. Аналитическая химия: физико-химические и физические методы анализа : учебное
пособие / И.Н. Мовчан, Т.С. Горбунова, И.И. Евгеньева, Р.Г. Романова ; Министерство образования и науки России, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет». - Казань : Издательство
КНИТУ, 2013. - 236 с. : ил., табл., схем. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-7882-1454- 2 ;
То
же
[Электронный
ресурс].
URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=259010(14.03.2014)
2. Плиев, Т. Н.. Молекулярная спектроскопия : в 5 т. / Т. Н. Плиев. - Владикавказ :
Иристон.Т. 3. - 2002. - 608 с
3. Плиев, Т. Н.. Молекулярная спектроскопия : в 5 т. / Т. Н. Плиев. - Владикавказ :
Иристон.Т. 4. - 2002. - 758 с
4. . Бёккер, Ю. Спектроскопия / Ю. Бёккер ; пер. Л.Н. Казанцева. - М. : РИЦ "Техносфера", 2009. - 528 с. - (Мир химии). - ISBN 978-5-94836-220-5 ; То же [Электронный
ресурс]. - URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=88994(14.03.2014)
5. Зайцев, Б.Е. Применение ИК-спектроскопии в химии : конспект лекций / Б.Е. Зайцев,
О.В. Ковальчукова, С.Б. Страшнова. - М. : Российский университет дружбы народов,
2008. - 152 с. - ISBN 978-5-209-03292-2 ; То же [Электронный ресурс]. URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=116041(14.03.2014)
6. Физические методы исследования в органической химии. Спектроскопия радиооптического диапазона и масс-спектрометрия / . - Омск : Омский государственный
университет, 2009. - 264 с. - ISBN 978-5-7779-1056-1 ; То же [Электронный ресурс]. URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=237133(14.03.2014)
7. Левшин, Леонид Вадимович. Оптические методы исследования молекулярных систем/ Леонид Вадимович Левшин; Л. В. Левшин, А. М. Салецкий. - Москва: Изд-во
МГУ. Ч. 1: Молекулярная спектроскопия. - 1994. - 320 с
12.3 Интернет- ресурсы
http://elibrary.ru/defaultx.asp
http://www.tmnlib.ru/jirbis/index.php?option=com_bookmarks&Itemid=6119&task=view&
id=1449
http://link.springer.com javascript:void(0);
13. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного
обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости).
При осуществлении образовательного процесса используется типовое программное
обеспечение операционная система Windows, MS Office, компьютер, принтер, проекционная
аппаратура.
14. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционные аудитории с мультимедийным оборудованием. Для практических занятий необходима аудитория, оборудованная доской и мелом. По возможности интерактивной
доской.
15. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля).
Формирование у студентов способностей и умения самостоятельно добывать знания из
различных источников, систематизировать полученную информацию и эффективно её использовать происходит в течение всего периода обучения через участие студентов в лекционных и практических (семинарских) занятиях, причём самостоятельная работа студентов
играет решающую роль в ходе всего учебного процесса.
15.1. Лекции.
Для понимания лекционного материала и качественного его усвоения студентам необходимо вести конспекты лекций. В течение лекции студент делает пометки по тем вопросам
лекции, которые требуют уточнений и дополнений. Вопросы, которые преподаватель не отразил в лекции, студент должен изучать самостоятельно.
15.2. Практические (семинарские) занятия.
При подготовке к семинарским занятиям следует использовать основную литературу из
представленного списка, а также руководствоваться приведенными указаниями и рекомендациями. Для наиболее глубокого освоения дисциплины рекомендуется изучать литературу,
обозначенную как «Дополнительная» в представленном списке.
На семинарских занятиях рекомендуется принимать активное участие в обсуждении проблем, возникающих при решении учебных задач, развивать способность на основе полученных знаний находить наиболее эффективные решения поставленных проблем по тематике
семинарских занятий.
Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к семинарскому занятию:
 проработка конспекта лекций;
 чтение рекомендованной основной и дополнительной литературы по изучаемому разделу дисциплины;
 решение домашних задач. При выполнении упражнения или задачи нужно сначала
понять, что требуется в задаче, какой теоретический материал нужно использовать,
наметить план решения задачи.
 При возникновении затруднений следует сформулировать конкретные вопросы к преподавателю.
15.3. Подготовка к экзамену.
Требования к организации подготовки к экзаменам те же, что и при занятиях в течение
семестра, но соблюдаться они должны более строго. При подготовке к экзаменам у студента
должен быть хороший учебник или конспект литературы, прочитанной по указанию преподавателя в течение семестра.
Вначале следует просмотреть весь материал по сдаваемой дисциплине, отметить для себя
трудные вопросы. Обязательно в них разобраться. В заключение еще раз целесообразно повторить основные положения, используя при этом опорные конспекты лекций.
Систематическая подготовка к занятиям в течение семестра позволит использовать время
экзаменационной сессии для систематизации знаний.
Если в процессе самостоятельной работы над изучением теоретического материала
или при решении задач у студента возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно
не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения у него разъяснений или
указаний. В своих вопросах студент должен четко выразить, в чем он испытывает затруднения, характер этого затруднения. За консультацией следует обращаться и в случае, если возникнут сомнения в правильности ответов на вопросы самопроверки.