ПО 01: Квантова хімія і квантово-механічні методи обчислення

Освітня програма: Переглянути

Рівень освіти: Магістр

Рік програми: 2025

ПО 01: Квантова хімія і квантово-механічні методи обчислення

Дисципліна є фундаментальною професійною складовою підготовки сучасного фахівця в галузі прикладної фізики та наноматеріалів. Вона базується на квантовій механіці та квантовій хімії, інтегруючи їх із методами комп'ютерного моделювання, що забезпечує кількісний опис електронної структури, молекулярної організації та властивостей речовини. Курс поєднує теоретичні засади побудови моделей з практичними алгоритмами чисельного розв’язання, які необхідні для аналізу та прогнозування поведінки складних фізичних і хімічних систем. Особливий акцент зроблено на обчислювальному експерименті, який у сучасній науці поряд із теорією та лабораторними дослідженнями виступає рівноправним інструментом пізнання та створення нових матеріалів і технологій. Завдяки цьому дисципліна є підґрунтям, що дає можливість вивчати широкий спектр об’єктів — від наноструктур і функціональних поверхонь до біомолекул та енергетичних матеріалів. Вона формує не лише глибоке розуміння природи мікроскопічних процесів, але й практичні навички застосування квантово-механічних методів для розв’язання актуальних завдань науки й технологій.

Фото лектора Пономаренко Сергій Миколайович
Лектор:
к.ф.-м.н., доцент Пономаренко Сергій Миколайович

Кредити ЄКТС: 5.0

Форма семестрового контролю: Екзамен

Силабус: Завантажити

Розміщення курсу: Переглянути

Зміст дисципліни

Предмет, методи, гіпотези та моделі квантової хімії

  • Рівняння Шредінґера. Квантовомеханічний опис структури атома водню та його спектрів
  • Спін електрона. Рівняння Паулі
  • Історія виникнення квантової хімії та квантово-механічних розрахунків. Сучасні досягнення та перспективи розвитку галузі

Багатоелектронні атоми

  • Одноелектронна модель та методи її реалізації для розрахунку багатоелектронних атомів
  • Методи теорії збурень
  • Варіаційний принцип
  • Рівняння Хартрі та Хартрі-Фока
  • Програми для квантово-механічних обчислень електронної структури та властивостей багатоелектронних атомів

Молекулярна структура

  • Поняття молекулярної структури та наближення Борна-Оппенгеймера
  • Методи молекулярної динаміки

Квантово-механічні методи розрахунку структури

  • Природа хімічного зв’язку. Метод МО ЛКАО та метод валентних схем
  • Одноелектронне наближення. Рівняння Хартрі-Фока
  • Неемпіричні (ab-initio) методи квантово-механічних обчислень та їх точність. Рівняння Хартрі-Фока-Рутаана. Базисні набори
  • Врахування електронної кореляції. Пост-хартріфоківські методи
  • Поняття про метод функціонала електронної густини (DFT-метод)
  • Застосування прикладних програм для квантово-хімічних розрахунків структури молекул

Властивості молекулярних систем

  • Електричні та магнітні властивості молекул
  • Спектральні характеристики молекул
  • Обчислення спектрів та властивостей у квантово-хімічних програмах

Компетенції, що формуються

Загальні компетенції

  • ЗК 01: Здатність до абстрактного та аналітичного мислення, розуміння основних концепцій, парадигми та ідей прикладної фізики
  • ЗК 05: Здатність використовувати інформаційні та комунікаційні технології для вирішення задач в дослідницькій діяльності

Фахові компетенції

  • ФК 02: Здатність до безперервного поглиблення фундаментальних знань та систематичного вивчення та аналізу нової науково-технічної інформації, світового досвіду в галузі прикладної фізики та наноматеріалів
  • ФК 03: Здатність застосовувати теоретичні знання для аналізу фізичних систем, явищ і процесів в галузі прикладної фізики та наноматеріалів
  • ФК 10: Здатність до аналізу фізичних принципів імплементації інформаційних процесів в фізичних системах, в тому числі в енергетиці та біофізиці
  • ФК 11: Здатність до вибору методів дослідження структури, складу та властивостей матеріалів (наноматеріалів), що використовуються або застосовуються в фізичних, біофізичних та енергетичних системах, вибору оптимальних параметрів дослідження і розуміння границь застосування обраного методу

Програмні результати навчання

  • ПРН 02: Знання методів теоретичної фізики, спеціальних розділів вищої математики, програмування, прикладних програм і методів обчислення на рівні, необхідному для аналізу і моделювання фізичних процесів і систем
  • ПРН 04: Знання методів теоретичної фізики, спеціальних розділів вищої математики на рівні, необхідному для розуміння функціонування та моделювання процесів, що відбуваються в технологічних та технічних системах, в тому числі інформаційних
  • ПРН 09: Вміння застосовувати фізичні, математичні та комп'ютерні моделі для дослідження фізичних явищ, розробки приладів, нових матеріалів і наукоємних технологій в області біофізики, енергетичних та інформаційних систем (залежно від освітньої траєкторії)

Останнє оновлення: 2025-09-26