Chemia obliczeniowa

obowiązkowe

Znajomość podstaw chemii teoretycznej, takich jak

- postulaty mechaniki kwantowej, operatory

- równanie Schrödingera oraz jego dokładne rozwiązania dla prostych układów

- przybliżenie Borna-Oppenheimera, metoda orbitali molekularnych

- przybliżone metody rozwiązywania równania Schrödingera, takie jak rachunek zaburzeń i metoda wariacyjna

- Teoria orbitali molekularnych

w sali

Kurs chemii obliczeniowej obejmuje podstawy teoretyczne chemii kwantowej i mechaniki molekularnej, metody obliczeniowe, symulacje molekularne (MD i Monte Carlo), zastosowanie oprogramowania do modelowania, analizę danych oraz praktyczne zastosowania w projektowaniu leków i badaniu materiałów. Kurs zawieraj zarówno wykłady teoretyczne, jak i laboratoria komputerowe.

Program obejmuje szeroki zakres tematów teoretycznych i praktycznych, mających na celu przygotowanie studentów do rozwiązywania złożonych problemów chemicznych przy użyciu metod obliczeniowych. Na początek, studenci zapoznają się z podstawami teoretycznymi chemii kwantowej, w tym z równaniem Schrödingera, teorią funkcjonału gęstości (DFT) oraz metodami Hartree-Focka. Następnie kurs obejmuje mechanikę molekularną, wprowadzając pojęcia takie jak potencjały siłowe i modelowanie układów wieloatomowych. Kluczowym elementem programu są symulacje molekularne, obejmujące zarówno dynamikę molekularną (MD), jak i metody Monte Carlo, które pozwalają na badanie dynamicznych właściwości układów chemicznych i ich termodynamiki. Studenci uczą się także korzystania z zaawansowanego oprogramowania do modelowania chemicznego, takiego jak Gaussian/GaussView i zdobywają umiejętności analizy i wizualizacji danych. Kursy laboratoryjne zapewniają praktyczne doświadczenie w przeprowadzaniu obliczeń chemicznych, interpretacji wyników oraz rozwiązywaniu rzeczywistych problemów chemicznych. Zastosowania omawiane w trakcie kursu obejmują projektowanie leków, badanie właściwości nowych materiałów, analizę mechanizmów reakcji chemicznych oraz modelowanie procesów biologicznych. Program kładzie również nacisk na rozwijanie umiejętności krytycznego myślenia, analizę wyników oraz komunikację naukową, przygotowując studentów do pracy w interdyscyplinarnych zespołach badawczych.

Punkty ETCS: 2

Liczba godzin: 15h wykładów, 30h laboratorium.

Bilans nakładu pracy studenta

Wskaźniki ilościowe – nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela 45 godzin, co odpowiada 1.9 pkt ECTS oraz nakład pracy studenta, który nie wymaga bezpośredniego udziału nauczyciel 3 godz., co odpowiada 0.1 pkt ECTS.

1. Lucjan Piela "Idee Chemii Kwantowej" PWN, Warszawa, 2018

2. Włodzimierz Kołos "Chemia Kwantowa", PWN Warszawa

3. Chemia obliczeniowa (tłumaczenie „Computational Chemistry”) — Jeremy Harvey; Wydawnictwo Naukowe PWN; rok wydania: 2019

4. Chemia obliczeniowa w laboratorium organicznym — Anna Kaczmarek-Kędziera, Marta Ziegler-Borowska, Dariusz Kędziera; Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika; rok wydania: 2014

WIEDZA, STUDENT ZNA I ROZUMIE:

KP7_WG1 podstawy metody SCF (Self-Consistent Field) oraz znaczenie metod post-SCF takich jak MP2, CCSD czy metody konfiguracji elektronowych (CI), a także istotę teoretyczną oraz ograniczenia teorii funkcjonału gęstości (DFT). Zna główne założenia metod półempirycznych oraz różnice między metodami ab initio, DFT i podejściami uproszczonymi. Rozumie wpływ wyboru metody oraz funkcjonału na dokładność obliczeń i możliwości modelowania układów chemicznych o różnym stopniu złożoności.

KP7_WG3 zagadnienia z matematyki w zakresie niezbędnym do zrozumienia, opisu i modelowania obliczeniowego układów chemicznych

KP7_WG4 techniki obliczeniowe stosowane w chemii i specjalistyczne narzędzia informatyczne do rozwiązywania typowych problemów chemicznych w pogłębionym stopniu

KP7_WG6 aktualne kierunki rozwoju i najnowsze odkrycia w UMIEJĘTNOŚCI, STUDENT POTRAFI:

KP7_UW2 samodzielnie przygotować, przeprowadzić i analizować obliczenia struktury elektronowej z wykorzystaniem oprogramowania Gaussian, w tym definiować geometrię układów, dobierać odpowiednie metody obliczeniowe i funkcjonały, a także interpretować uzyskane wyniki (energie, widma, właściwości molekularne) w odniesieniu do analizowanego problemu chemicznego.

KP7_UW3 – potrafi korzystać z literatury fachowej, baz danych oraz innych źródeł informacji w celu pozyskania niezbędnych danych; umie krytycznie analizować literaturę i prace oryginalne pod kątem zawartych w nich wyników obliczeniowych.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE:

Student jest gotów do krytycznej oceny wiarygodności interpretacji danych obliczeniowych przedstawianych w literaturze fachowej i mediach (KP7_KK1, KP7_KR2).

Wykład - sprawdzian pisemny.

Laboratorium - zaliczenie projektu obliczeniowego.