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, AutoDock VINA, czy NAMD/GROMACS, 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 zagadnienia w zakresie rozszerzonym z chemii oraz pogłębia wiedzę z zakresu wybranej specjalizacji.

KP7_WG3 zagadnienia z matematyki w zakresie niezbędnym do zrozumienia, opisu i modelowania procesów chemicznych na średnim poziomie złożoności

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 zakresie chemii

Umiejętności, student potrafi:

KP7_UW2 stosować wybrane metody obliczeniowe w celu określenia budowy związków chemicznych

KP7_UW3 korzystać z literatury fachowej, baz danych i innych źródeł w celu pozyskiwania niezbędnych informacji oraz zna krajowe i międzynarodowe czasopisma naukowe z dziedziny chemii

Wykład - sprawdzian pisemny.

Laboratorium - zaliczenie projektu obliczeniowego.