معرفی میان رشته ای شیمی ‌فیزیک

معرفی میان رشته ای شیمی ‌فیزیک

اسلاید 1: به نام خدا

اسلاید 2: معرفی میان رشته‌ای شیمی ‌فیزیکسروش آقاییحیدر حیدریایمان سلیمان‌زادهسید محمد جواد طباطبایی

اسلاید 3: شاخه‌هاترموشیمیالکتروشیمیسینتیک شیمیاییشیمی سطحشیمی کوانتوم

اسلاید 4: شیمی فیزیک شیمی فیزیک شاخه ای از دانش شیمی می باشد که در آن، از قواعد و قوانین فیزیکی، برای حل مسائل شیمی استفاده می گردد. یعنی هدف از شیمی فیزیک، یادگیری قواعد نظری فیزیک در توجیه موضاعات شیمی است.

اسلاید 5: ترموشیمیعلمی است که به مطالعه تغییرات گرما و انرژی در طی یک واکنش شیمیایی می پردازد.

اسلاید 6: پیدایش علم ترموشیمی،حاصل پیوند و بارورسازی متقابل تولید قدرت و علم گرما بود.عامل موثر توسعه آن،اختراع ماشین بخار در سال 1700 بتوسط جیمز وات بود.بین سال های 1700 تا 1900 علم ترمودینامیک به کندی و به سختی پیشرفت می کرد.در سال 1900،علم ترموشیمی، به سبب تلاش های دانشمندانی چون مایر،گیبس،کلوین؛کلازیوس و... که طی200 سال اخیر صورت گرفته بود ذاتا کامل شده بود.هم اکنون شاخه های مختلف و تخصصی از علم ترمودینامیک توسعه یافته اند.ترموشیمی

اسلاید 7: مفهوم دماقانون صفرم ترمودینامیکتاریخچه‌ی دما و دماسنجگالیلهفارنهایتسلسیوسآنتوان لاوازیهجان دالتونکلوینترموشیمی

اسلاید 8: گرما در فیزیک و فناوری سه معنای متمایز برای گرما می شناسیم. یکی از تعبیرهای گرما،دما یا میزان“گرمی“ است. تعبیر دوم از گرما عبارت است از:آن قسمت از انرژی داخلی که همراه با دما تغییر می کند.سومین تعبیر گرما را،که در ترمودینامیک تقریبا همیشهبا نماد Qنشان داده می شود، انتقال انرژی گرمایی می نامند.ترموشیمی

اسلاید 9: تاریخچه فعالیت‌های ژول و مایر پایستگی آزمایش ژولکار و گرماماشین کارنو ترموشیمی

اسلاید 10: قانون دوم ترمودینامیکنسبت تامسونآنتروپیانرژی گیبسترموشیمی

اسلاید 11: الکتروشیمیالکتروشیمی شاخه‌ای از شیمی‌فیزیک و شیمی‌تجزیه است که به بررسی واکنش‌های شیمیایی می‌پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام می‌شوند و یا انجام یافتن آن‌ها سبب ایجاد جریان الکتریکی می‌شود.

اسلاید 12: الکتروشیمیالکترولیتسلول های گالوانیبرقکافت

اسلاید 13: الکترو شیمیبرای این که یک مدار کامل حاصل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی (که لازم نیست حتما حامل بار باشند) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن ، اجزا اکسید شوند. الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد رانده می‌شوند.

اسلاید 14: سینتیک شیمیاییسینتیک شیمیایی را می‌توان علم مطالعه سیستمهای ناظر بر تجزیه شیمیایی و یا تغییر حالت مولکولها دانست.ویلهمی را می‌توان پایه گذار سینتیک نامید.تفاوتهای سینتیک و ترموشیمی

اسلاید 15: شیمی سطح جامد- جامد جامد- مایع  جامد- گاز مایع- مایع  مایع- گاز

اسلاید 16: شیمی کوانتومیشیمی کوانتومی ، دانش کاربرد مکانیک کوانتومی در مسایل مربوط به شیمی است.

اسلاید 17: شیمی کوانتومیدانشمندان شیمی فیزیک، مکانیک کوانتومی را (به کمک مکانیک آماری) در محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی (مانند آنتروپی و ظرفیت حرارتی) گازها، در تفسیر طیفهای مولکولی به منظور تائید تجربه خواص مولکولی (مانند طولها و زوایای پیوندی)، در محاسبات نظری خواص مولکولی، برای محاسبه خواص حالات گذار واکنشهای شیمیایی به منظور برآورد ثابتهای سرعت واکنش، برای فهم نیروهای بین مولکولی و بالاخره برای بررسی ماهیت پیوند در جامدات بکار می‌برند.دانشمندان شیمی آلی از مکانیک کوانتومی،‌ برای برآورد پایداریهای نسبی مولکولها، محاسبه خواص واسطه‌های واکنش، بررسی ساز و کار واکنشهای شیمیایی، پیش بینی میزان ترکیبات و تحلیل طیفهای NMR استفاده می‌کنند.دانشمندان شیمی تجزیه از مکانیک کوانتومی برای تفسیر شدت و فرکانسهای خطوط طیفی استفاده می‌کنند.دانشمندان شیمی معدنی از نظریه میدان لیگاند که یک روش تقریبی مکانیک کوانتومی است، در توضیح خواص یونهای مرکب فلزات واسطه سود می‌برند.

اسلاید 18: شیمی کوانتومیفرضیه پلانک ، سرآغاز مکانیک کوانتومی انیشتیناحتمالمدل اتمی بوهرعدم قطعیت هایزنبرگمدل شرودینگر و تابع موج

اسلاید 19: شیمی کوانتومیانرژی پارامتر حیاتی برای علم شیمیاما برای جوابهایی که یک شیمیدان در آزمایشگاه بدست می آورد نیازمند یک دلیل محکم ریاضی است.اینجاست که علم شیمی به یک فیزیکدان نظری کار نیاز پیدا میکندبا پیشرفت فیزیک در زمینه های مختلف من الجمله پیدایش کوانتوم مکانیک، فرصت برای بررسی ساختار مولکولی با دید کوانتومی مهیا شد.و از این پس رابطه بین علم شیمی و نظریه پردازان کوانتومی بوجود آمد.نظریه کوانتومی بیشتر به محاسبه ی تقریبی برای سیستم های واقعی منبع اصلی اطلاعات تجربی در مورد حالات انرژی طیف سنجی است.

اسلاید 20: شیمی کوانتومیاشتراک همه ی این روش ها تاثیر تابش الکترومغناطیسی با ماده ی نمونه است:تاثیر تابش الکترومغناطیس با ماده به سه شکل صورت میپذیرد : جذب : مادون قرمز و ماورابنفش و رزنانس مغناطیسی هستهنشر : تابش فلورسنس و فسفرسنسپراکندگیروش های متفاوتی برای طیف سنجیطیف سنجی رزنانس مغناطیسی هسته و چهارقطبی طیف سنجی اسپین الکترونطیف سنجی چرخش محضطیف سنجی ارتعاشی و چرخش طیف سنجی الکترونیو.....

اسلاید 21: شیمی کوانتومیطیف شناس ←ν ← Ei – Ejکوانتوم تئوریست ← معادله شرودینگر ← انرژی های Ej و Eiمقایسه دیگر میان داده های تجربی و برآوردهای کوانتومی اندازه گیری شدت بوسیله ی طیف سنجی ← افزایش دقت در محاسبه ی تابع موج الکترون

اسلاید 22: شیمی کوانتومیاندازه گیری شدتقانون بوگیور – لامبرتبرای یک لایه ی نازک از ماده ی جذب کننده،کاهش در شدت اشعه ی نور تک رنگ در ماده جذب کننده متناسب با شدت اولیه و ضخامت لایه است. استدلال بیر

اسلاید 23: شیمی کوانتومیواحد های اتمیطول : شعاع بور ( a0) = 0.529 A0= h/mc2انرژی : E= -me2/2h2 = - e2/2a0 = -1/2 Hهلیوم : معادله ی یونیزاسیون : He → He+ + e- محاسبات تجربی (IP)He = -24.6 eV -78.98 EHe =بدون تقریب : = -109 eV = -2H (100%) (IP)He = 54.4 eV = 2H (38%) EHeتقریب مرتبه اول : <ψ I r12 Iψ> = 5/8 Z EHe = -4H + 5/8Z = -74.8 eV (5%) (IP)He = 20.4 eV (17%)

اسلاید 24: شیمی کوانتومیتقریب مرتبه ی دوم : حدس زدن چندین تابع برای تابع حالت و محاسبه مقدار قابل انتظار انرژی و انتخاب مینیمم مقدار.تابع روبرو را برای تصحیح مرتبه دوم برای اوربیتال φ در نظر میگیریم : Φ0 = Ae-zr/a EHe = (z´)2 - 2zz′ + 5/8 z´dE/dz′ = 0 → z´ - z + 5/16 = 0 → z′ = z – 5/16 EHe = - 77.45 eV (2% ) (IP)He = 23.05 eV ( 6%)

اسلاید 25: شیمی کوانتومیاما دانشمندان بدنبال روش با قاعده تری هستند : Φ0 = N ( C1 e-αr + C2 e-βr + …. )

اسلاید 26: ممنون از همراهیِ‌تان...