РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ //

______ ________________ 2012 г.

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И КВАНТОВАЯ ХИМИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов очного обучения по направлению 020100.68 «Химия», магистерские программы «Химия нефти и экологическая безопасность», «Техногенные загрязнения и качество экосистем», «Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях», «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро - и наносостояниях»

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы _____________________________/ А/

«______»_______________2011 г.

Рассмотрено на заседании кафедры органической и экологической химии «___»__________________2011 г., протокол №

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 10 стр.

Зав. кафедрой ______________________________//

«______»___________________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ

«____»___________2012 г., протокол №____.

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК _________________//

«____»_________________2012 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Директор ИБЦ_________________//

«____»_________________2012 г.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_________________//

«____»_________________2012 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра органической и экологической химии

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И КВАНТОВАЯ ХИМИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов очного обучения по направлению 020100.68 «Химия», магистерские программы «Химия нефти и экологическая безопасность», «Техногенные загрязнения и качество экосистем», «Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях», «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро - и наносостояниях»

Тюменский государственный университет

2011

Квантовая механика и квантовая химия. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов очного обучения по направлению 020100.68 «Химия», магистерские программы «Химия нефти и экологическая безопасность», «Техногенные загрязнения и качество экосистем», «Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях», «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро - и наносостояниях». Тюмень, 2011, 10 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Квантовая механика и квантовая химия [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk3.utmn. ru., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой органической и экологической химии. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: , д. п.н., профессор, заведующий кафедрой органической и экологической химии

© Тюменский государственный университет, 2011.

© 2011.

1.  Пояснительная записка

1.1.  Цели и задачи дисциплины (модуля)

Цель дисциплины: изучение квантовомеханических представлений и моделей и их приложений в химической проблематике, необходимых для успешного освоения основной образовательной программы по направлению 020100.68 — Химия. Задачами дисциплины «Квантовая механика и квантовая химия» является изучение и усвоение студентами следующих вопросов:

-  строение электронных оболочек молекул,

-  реакционная способность молекул,

-  методические основы для химической интерпретации спектров молекул.

1.2.  Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «Квантовая механика и квантовая химия» входит в вариативную часть общенаучного цикла (М.1) рабочего учебного плана магистратуры по направлению 020100.68 — Химия, магистерские программы «Химия нефти и экологическая безопасность», «Техногенные загрязнения и качество экосистем», «Химия фторидных, сульфидных соединений металлов в макро-, мезо - и наносостояниях», «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро - и наносостояниях».

В информационном и логическом планах дисциплина «Квантовая механика и квантовая химия» последовательно развивает дисциплины «Основы квантовой химии» и «Строение вещества» из учебного плана бакалавриата по направлению 020100.62 — Химия. В свою очередь, она служит информационной и методологической основой при изучении специальных дисциплин магистерских программ направления 020100.68 — Химия, а также при подготовке магистерской диссертации.

1.3.  Требования к результатам освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК-6: пониманием принципов работы и умением работать на современной научной аппаратуре при проведении научных исследований

ПК-1: имеет представления о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в экстремальных условиях, химия жизненных процессов, химия и экология и другие)

ПК-3: владеет теорией и навыками практической работы в избранной области химии (в соответствии с темой магистерской диссертации)

ПК-4: умеет анализировать научную литературу с целью выбора направления исследования по предлагаемой научным руководителем теме и самостоятельно составлять план исследования

ПК-5: способен анализировать полученные результаты, делать необходимые выводы и формулировать предложения

ПК-6: имеет опыт профессионального участия в научных дискуссиях

ПК-7: умеет представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в периодической научной печати)

ПК-10: способен определять и анализировать проблемы, планировать стратегию их решения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

•  Знать: теоретические основы квантовой химии, основные структурные и динамические модели, применяемые для решения химических задач.

•  Уметь: применять квантовомеханические представления и модели для анализа химических проблем; пользоваться вычислительными компьютерными программами,

•  Владеть: основными понятиями квантовой механики и квантовой химии, стандартными вычислительными методами квантовой химии, научной и справочной литературой по квантовой химии.

2.  Трудоемкость дисциплины

Семестр — 3. Форма промежуточной аттестации — зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.

3.  Тематический план

Таблица 1

№

Тема

Недели семестра

Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.

Итого часов по теме

Из них в интерактивной форме

Формы

контроля

Лекции

Семинарские (практические) занятия

Самостоятельная работа

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Физические основы квантовой химии

1-3

6

–

12

18

–

Письменный тест

2

Электронная оболочка молекул

4-6

6

4

8

18

­4

Контрольная работа

3

Ядерный остов молекул

7-9

6

4

8

18

4

Контрольная работа

4

Реакционная способность молекул

10-12

6

4

8

18

4

Контрольная работа

Итого (часов, баллов):

24

12

36

72

12

Из них в интерактивной форме

6

6

–

–

12

Таблица 2

Планирование самостоятельной работы студентов

№

Модули и темы

Виды СРС

Неделя семестра

Объем часов

обязательные

дополнительные

1

Физические основы квантовой химии

Изучение литературы

Подготовка к тестированию

1-3

12

2

Электронная оболочка молекул

Доклад на семинаре

Подготовка к опросу и к/р

4-6

8

3

Ядерный остов молекул

Решение задач

Подготовка к опросу и к/р

7-9

8

4

Реакционная способность молекул

Доклад на семинаре

Подготовка к опросу и к/р

10-12

8

ИТОГО:

36

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

1

Научно-исследовательская работа в семестре

+

+

+

+

2

Подготовка магистерской диссертации

+

+

+

+

5.  Содержание дисциплины.

Тема 1. Физические основы квантовой химии

Механический способ описания. Наблюдаемые величины, их числовые значения, допустимые значения наблюдаемых, спектры, функции распределения. Механическое состояние, уравнение состояния и функции состояния. Фундаментальный набор, число степеней свободы. Эволюция наблюдаемых во времени, уравнение эволюции.

Математический аппарат квантовой механики. Вероятности и амплитуды. Свойства амплитуд вероятности, их зависимость от пространственных и временных координат. Сложение и умножение амплитуд. Векторы и векторные пространства. Линейные операторы, их собственные значения и собственные векторы. Пространство состояний, его базисы, принцип суперпозиции. Унитарные операторы.

Оператор Гамильтона и уравнение Шредингера. Стационарные состояния, спектр энергий. Стационарное уравнение Шредингера. Суперпозиционные состояния, их эволюция во времени. Квантовые скачки между стационарными состояниями.

Многочастичные системы в квантовой механике. Построение глобальной волновой функции из одночастичных функций-орбиталей. Неразличимость микрочастиц, симметричные и антисимметричные функции, принцип Паули. Орбитальная модель, подбор и оптимизация орбиталей. Метод ССП и его приближенные варианты.

Тема 2. Электронная оболочка молекул

Стационарные состояния молекул, глобальные волновые функции и наблюдаемые. Разделение электронных и ядерных движений. Методы построения электронной функции.

Метод ВС: резонансные формы и их суперпозиция («резонанс»), правила отбора по симметрии. Приближенные варианты метода ВС.

Метод КМО: одноэлектронные МО и их оптимизация методом Хартри-Фока-Рутана, конфигурационное взаимодействие и его учет. Полуэмпирические методы. Простой и расширенный методы Хюккеля. Вычисление глобальных и локальных характеристик молекул (полная энергия, орбитальные энергии и поправочные интегралы, заряды атомов, порядки связей, индексы свободной валентности, поляризуемости различных типов и др.).

Метод ЛМО: двухцентровые ЛМО, их симметрия и узловая структура. Концепции гибридизации и сопряжения, типы мезомерных эффектов, их влияние на картину распределения электронной плотности в молекуле.

Энергетические диаграммы молекул: глобальные и орбитальные. Возмущения электронной оболочки и квантовые переходы. Правила отбора. Электронная спектроскопия молекул и ее разновидности.

Тема 3. Ядерный остов молекул

Ядерный остов молекул. Поверхность потенциальной энергии (ППЭ). Топология молекулы, топологические графы и матрицы. Пространственная конфигурация (форма) молекулы и ее определение. Структурно-нежесткие молекулы. Флуктуации структуры и их типы: таутомерные переходы, инверсии (пирамидальные, циклические, плоские), псевдовращения, конформационные повороты. ППЭ и химические формы.

Спиновые состояния ядерного остова молекулы. Построение и оптимизация спиновых волновых функций молекулы, понятие о спин-гамильтониане. Принципы ЯМР-спектроскопии. Колебания и вращения молекул. Колебательные и вращательные стационарные состояния, их энергии и квантовые числа. Модель нормальных колебаний. Взаимодействие с окружающей средой, колебательные и вращательные суммы по состояниям.

Тема 4. Реакционная способность молекул

Химические реакции. Механическая модель элементарного химического акта (ЭА): траектория ЭА, энергетический профиль, потенциальный барьер, энергетический эффект и энергия активации. Вероятность ЭА и скорость химической реакции. Реакционная способность молекул, индексы реакционной способности. Адиабатические и неадиабатические реакции. Принцип сохранения орбитальной симметрии. Методы Вудворда – Хоффмана, Фукуи, Дьюара – Циммермана.

6.  Планы семинарских занятий.

Электронная оболочка молекул (4 часа) Метод КМО: одноэлектронные МО и их оптимизация методом Хартри-Фока-Рутана, конфигурационное взаимодействие и его учет. Полуэмпирические методы. Простой и расширенный методы Хюккеля. Вычисление глобальных и локальных характеристик молекул (полная энергия, орбитальные энергии и поправочные интегралы, заряды атомов, порядки связей, индексы свободной валентности, поляризуемости различных типов и др.). Энергетические диаграммы молекул: глобальные и орбитальные. Возмущения электронной оболочки и квантовые переходы. Правила отбора. Электронная спектроскопия молекул и ее разновидности.

Ядерный остов молекул (4 часа) Топология молекулы, топологические графы и матрицы. Пространственная конфигурация (форма) молекулы и ее определение. ППЭ и химические формы. Структурно-нежесткие молекулы. Спиновые состояния ядерного остова молекулы и принципы ЯМР-спектроскопии. Колебания и вращения молекул. Колебательные и вращательные стационарные состояния, их энергии и квантовые числа. Модель нормальных колебаний. Основы колебательно-вращательной спектроскопии.

Реакционная способность молекул (4 часа) Механическая модель элементарного химического акта (ЭА): траектория ЭА, энергетический профиль, потенциальный барьер, энергетический эффект и энергия активации. Вероятность ЭА и скорость химической реакции. Реакционная способность молекул, индексы реакционной способности. Адиабатические и неадиабатические реакции. Принцип сохранения орбитальной симметрии. Метод Вудворда – Хоффмана.

7.  Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).

Лабораторный практикум учебным планом не предусмотрен.

8.  Примерная тематика курсовых работ.

Курсовые работы учебным планом не предусмотрены.

9.  Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

Виды самостоятельной работы студентов: подготовка к лекциям и семинарам, опросам, контрольным работам, решение домашних заданий, с целью развить и закрепить знания, умения и навыки, подготовка и защита реферата.

Для самостоятельного изучения теоретического материала студентами используются учебники и учебные пособия, приведённые в списке литературы (п. 11.1 и п. 11.2).

Примерные задания для контрольных работ

1.  Описать узловую структуру некоторых хюккелевских МО.

2.  Описать симметрию некоторых КМО и ЛМО.

3.  Составить матрицу Хюккеля для заданной молекулы.

4.  Классифицировать заданные структуры по типу ароматичности и антиароматичности.

5.  Построить корреляционную диаграмму (качественную) для некоторой молекулы.

6.  Вычислить матрицу зарядов и порядков связей для некоторой молекулы по заданной матрице коэффициентов МО.

7.  Вычислить энергию сопряжения для некоторой молекулы по заданной матрице коэффициентов МО.

8.  Отнести некоторую синхронную реакцию к запрещенным или разрешенным.

9.  Выбрать наиболее вероятное направление некоторого химического превращения.

10.  Указать способ превращения запрещенной реакции в разрешенную.

11.  Определить направление химического превращения по величинам ИСВ.

12.  Определить наличие (отсутствие) оптической активности у молекулы.

13.  Определить число нормальных колебаний некоторой молекулы.

14.  Описать симметрию некоторых нормальных колебаний.

15.  Оценить частоты колебательных и вращательных переходов для некоторых двухатомных молекул.

16.  Определить число стационарных ядерных спиновых состояний некоторой молекулы.

Вопросы к зачету

1.  Механический способ описания. Наблюдаемые величины, их численные значения. Допустимые значения наблюдаемых, спектр наблюдаемой. Функции распределения. Механическое состояние. Уравнение состояния и функции состояния. Фундаментальный набор, число степеней свободы. Пространство состояний, изображающая точка и вектор состояния. Сравнение классической, статистической и квантовой механики.

2.  Вероятности и амплитуды. Свойства амплитуд вероятности, их изменения в пространстве и времени. Сложение и умножение амплитуд.

3.  Квантово-механическое состояние, вектор состояния, бра - и кет-векторы. Пространство состояний, принцип суперпозиции. Вектор состояния и волновая функция.

4.  Квантово-механические операторы наблюдаемых, их матричные представления. Собственные векторы и их функциональные представления (волновые функции). Собственные значения операторов, их физический смысл.

5.  Эволюция наблюдаемых во времени. Уравнение эволюции. Оператор Гамильтона и уравнение Шредингера. Стационарные состояния, спектр энергий. Стационарное уравнение Шредингера.

6.  Суперпозиционные нестационарные состояния, их эволюция во времени. Квантовые переходы между стационарными состояниями в результате внешних возмущений.

7.  Принципы построения квантово-механических моделей многоэлектронных систем. Приближение невзаимодействующих частиц, построение глобальной волновой функции из одночастичных функций-орбиталей. Операторы для многочастичных систем. Глобальные и локальные наблюдаемые.

8.  Системы из взаимодействующих частиц. Орбитальная модель, построение глобальной волновой функции в виде определителя Слэтера.

9.  Проблема подбора и оптимизации орбиталей. Вариационный принцип. Понятие о методе ССП. Спин-орбитали.

10.  Методика построения электронных волновых функций молекул в методах ВС и МО. Влияние симметрии объекта. Молекулярные орбитали, их типы (канонические и локализованные) и характеристики. Узловая структура волновых функций, и связь с энергией.

11.  Энергетические и корреляционные диаграммы молекул. Электронные конфигурации. Конфигурационное взаимодействие в методе МО.

12.  Простой метод Хюккеля. Область применимости. Общие закономерности.

13.  Поверхность потенциальной энергии молекул. Структура ППЭ и методы ее описания (энергетические карты и энергетические профили). Химические формы и переходы между ними.

Типовые задачи для зачета

1. Для двух векторов с известными координатами вычислить их модули, скалярное произведение и величину угла между векторами.

2. Преобразовать вектор-строку и вектор-столбец с заданными координатами посредством матричного оператора.

3. Найти матрицу оператора, построенного из двух других известных операторов по некоторому правилу (сложение, умножение, возведение в степень).

4. Вычислить вероятность сложного события, если известны амплитуды элементарных событий.

5. Определить, к какому типу частиц (фермион или бозон) и систем (фермионная или бозонная) относится объект (ядро, атом, молекула, ион).

7. Определить относительное положение на энергетической шкале для набора молекул, находящихся в изолированном потенциальном ящике в одинаковых условиях.

8. Составить волновую функцию в виде определителя Слэтера для заданной молекулы.

9. Написать вид оператора Гамильтона для заданной молекулы в декартовой системе координат.

10. Построить ЛМО в виде ЛКАО для указанной химической связи в заданной молекуле. Указать тип симметрии этой ЛМО (s-, p - или d-).

11. Указать мезомерные эффекты и их типы для заданной молекулы.

12. Для заданной молекулы с известной матрицей коэффициентов МО вычислить заряды атомов и порядки связей.

10.  Образовательные технологии.

При реализации дисциплины с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся предусматриваются следующие формы обучения:

•  активные формы обучения (мультимедийные проблемные лекции, доклады на семинарах, решение ситуационных задач, использование тестовых заданий по дисциплине для проверки знаний студентов);

•  интерактивные формы обучения (модульное обучение с использованием информационных технологий, дискуссии, сообщения студентов и их обсуждение).

11.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).

11.1. Основная литература:

1. Паничев основы квантовой химии. Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2008.

2. Паничев атомов и молекул. Тюмень. Изд-во ТюмГУ. 2008.

3. Паничев модели в курсах "Строение вещества и "Квантовая механика и квантовая химия". Тюмень: Изд-во ТюмГУ. 2003.

4. Паничев модели в курсах "Строение вещества" и "Квантовая механика и квантовая химия". Тюмень: Изд-во ТюмГУ. 2003.

5. Неорганическая химия: В 3-х томах: Учебник/ Под ред. . М.: Академия, 2004

11.2. Дополнительная литература:

1.  , Паничев в органическую химию. Тюмень: Изд-во ТюмГУ. 2007.

2.  , и др. Задачи по теории строения молекул. Ростов на Дону: Феникс, 1997.

3.  , , Хритохин химия. Тюмень: Изд-во ТюмГУ. 2003.

11.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary. ru/

Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window. edu. ru/window/

Федеральный портал «Российское образование»: http://www. edu. ru/

Сайт ChemNet: http://www. chemnet. ru;

Электронная библиотека по химии и технике: http://rushim. ru/books/books. htm;

Мир химии: http://chem. km. ru;

ChemWeb - Международный клуб химиков, журнал химических новостей "The Alchemist" : http://www. chemweb. com/alchem;

Химический портал: www. ChemPort. ru;

Научная сеть: химия http://www. nature. ru;информационная система: http://www. chemrar. ru.

www. ximfak. ru/stroenie-veshhestva. html

www. chem. msu. su/rus/program

www. nwpi. ru/if/files/Nav/Ch/Lec/StructureChLec. pdf

12.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором. Для лекционных и семинарских занятий имеется мультимедийная аудитория и переносной мультимедийный комплект (проектор, ноутбук, экран).

Для самостоятельной работы студентов необходим доступ в компьютерный класс с выходом в интернет.

Дополнения и изменения к рабочей программе на 2013/ 2014 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

пересмотрена рекомендуемая литература

Основная:

1. Цирельсон, химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела. Учебное пособие для вузов [Электронный ресурс] / . - : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 521 с. - 978-5-9963-1098-2. Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=214187(дата обращения 07.10.2013).

2. Боженко, квантовой химии [Электронный ресурс] : конспект лекций / . - М.: Российский университет дружбы народов, 2010. - 126 с. - 978-5-209-03510-7. Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=115718 (дата обращения 07.10.2013).

Дополнительная:

1. Паничев атомов и молекул. Тюмень. Изд-во. ТюмГУ. 2008.

2. Паничев основы квантовой химии. Тюмень. Изд-во. ТюмГУ. 2008.

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры органической и экологической химии «22» октября 2013 г.

И. о.заведующего кафедрой ___________________//

ПАСПОРТ КОМПЕТЕНЦИЙ

по дисциплине «Квантовая механика и квантовая химия»

(направление 020100.68 — Химия)

ОК-6: понимание принципов работы и умение работать на современной научной аппаратуре при проведении научных исследований

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: цели экспериментальной деятельности в химии; основные виды и типы научных химических проблем, которые можно решить за счет использования экспериментальных методов.

·  Уметь: формулировать смысл и содержание экспериментальных проблем и задач в области химии (по теме магистерской диссертации); планировать их решение и потенциальные результаты.

·  Владеть: основными приемами современных экспериментальных методик, используемых для исследования химических объектов и процессов.

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: содержание и структуру основных типов экспериментальной деятельности, направленных на решение научных и практических проблем в области химии (по теме магистерской диссертации).

·  Уметь: планировать экспериментальную деятельность в области химии (по теме магистерской диссертации)

·  Владеть: основными приемами подготовки образцов для экспериментального исследования (вещества, смеси, растворы, пробы природных сред — воздуха, воды, почвы, донных отложений и др.).

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: основные экспериментальные факты, лежащие в основе методологии классической химии и квантовой механики; основные методы теоретической обработки экспериментальных данных, приводящие к научным законам.

·  Уметь: планировать и практически применять основные типы исследования химической структуры молекул, основанные на использовании квантовых явлений (ядерная, атомная и молекулярная спектроскопия.

·  Владеть: основными приемами статистической обработки данных, получаемых при экспериментальных исследованиях (по теме магистерской диссертации).

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции,

•  семинары,

•  индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  домашние задания,

•  семестровый зачет.

ПК-1: имеет представления о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в экстремальных условиях, химия жизненных процессов, химия и экология и другие)

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: характер исторического развития естествознания; основные актуальные направления развития теоретической и экспериментальной химии (синтез, анализ, экспертиза, математическое и компьютерное моделирование и др.).

·  Уметь: работать с учебной, научной и справочной литературой по квантовой химии (включая электронные базы данных в компьютерных сетях), составлять аналитические обзоры.

·  Владеть: основными приемами информационного поиска в области современной химической проблематики.

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: характер основные этапы исторического развития квантовой механики и квантовой химии; актуальные на современном этапе проблемы и задачи классической и квантовой химии.

·  Уметь: работать с основными типами экспериментального оборудования в области химии, основанного на квантовых явлениях.

·  Владеть: основными приемами статистической обработки экспериментальных данных, получаемых при исследовании химических объектов и процессов (химический состав и строение, механизмы реакций, термодинамические характеристики и кинетика химических превращений).

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: основные философские проблемы, связанные с появлением квантовой механики и ее внедрением в классическую химию.

·  Уметь: работать с основными типами научных данных (теоретические и математические модели, результаты экспериментальных измерений, статистические оценки и др.), используемых в исследованиях в области классической и квантовой химии; составлять обзоры, научных отчеты, доклады, статьи, заявки.

·  Владеть: основными приемами информационных технологий, используемых в естественных науках.

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции,

•  семинары,

•  индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  домашние задания,

•  семестровый зачет.

ПК-3: владеет теорией и навыками практической работы в избранной области химии (в соответствии с темой магистерской диссертации)

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: цели практической и экспериментальной деятельности в химии; основные виды и типы научных химических проблем, которые можно решить за счет использования практических и экспериментальных методов.

·  Уметь: формулировать смысл и содержание практических проблем и задач в области химии (по теме магистерской диссертации); планировать их решение и потенциальные результаты.

·  Владеть: основными приемами современных экспериментальных методик, используемых для исследования химических объектов и процессов (по теме магистерской диссертации).

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: содержание и структуру основных типов практической и экспериментальной деятельности, направленных на решение научных и практических проблем в области химии (по теме магистерской диссертации).

·  Уметь: планировать практическую работу в области химии (по теме магистерской диссертации), оценивать ее потенциальные результаты, научную и практическую эффективность.

·  Владеть: основными приемами подготовки образцов для экспериментального исследования (вещества, смеси, растворы, пробы природных сред — воздуха, воды, почвы, донных отложений и др.).

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: нормативные требования к выполнению экспериментальных измерений в области химии (по теме магистерской диссертации).

·  Уметь: выполнять основные типы экспериментального определения химического состава и строения (газовая и жидкостная хроматография, капиллярный электрофорез, атомно-абсорбционная спектроскопия, ИК-спектрофотометрия и др.).

·  Владеть: основными приемами статистической обработки экспериментальных данных, получаемых при экспериментальном определении химического состава и строения и рекомендуемых ГОСТированными методиками.

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции,

•  семинары,

•  индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  домашние задания,

•  семестровый зачет.

ПК-4: умеет анализировать научную литературу с целью выбора направления исследования по предлагаемой научным руководителем теме и самостоятельно составлять план исследования.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: основные типы информационных источников в области химических наук (научные и реферативные журналы, тезисы докладов, справочники, сборники нормативных документов, реестр аналитических методик, электронные базы данных и др.)

·  Уметь: работать с учебной, научной и справочной литературой по химии (включая электронные базы данных в компьютерных сетях), составлять рефераты и аналитические обзоры.

·  Владеть: основными приемами компьютерного информационного поиска в области современной химической проблематики.

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: основы методологии естествознания, типы проблем, решаемых теоретическими и экспериментальными методами.

·  Уметь: составлять план научного исследования (формулировка целей и задач, выбор теоретических моделей и экспериментальных методик, анализ потенциальных результатов) и др.).

·  Владеть: основными приемами математического и компьютерного моделирования, используемыми в квантовой химии.

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: основные эпистемологические проблемы фундаментальных естественнонаучных дисциплин, связанных с классической и квантовой химией, основные методы получения, оценки и практического использования естественнонаучного знания.

·  Уметь: обрабатывать основные типы научных данных (теоретические и математические модели, результаты экспериментальных измерений и др.), используемых в исследованиях в области классической и квантовой химии, составлять обзоры, научных отчеты, доклады, статьи, заявки.

·  Владеть: современными приемами информационных технологий (компьютерный поиск информации в электронных сетях, редактирование текстов, электронных таблиц, графиков и диаграмм, мультимедийных презентаций и т. д.).

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции,

•  семинары,

•  индивидуальные консультации научного руководителя,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  беседы с научным руководителем,

•  домашние задания,

•  семестровый зачет.

ПК-5: способен анализировать полученные результаты, делать необходимые выводы и формулировать предложения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: основные виды и правила научного дискурса (научные статьи, доклады и тезисы, учебные тексты, методические указания и пособия, справочники и др.)

·  Уметь: работать с учебной, научной и справочной литературой по квантовой химии (включая электронные базы данных в компьютерных сетях), составлять рефераты и аналитические обзоры.

·  Владеть: основными приемами составления литературного обзора, описания эксперимента, обсуждения результатов, формулировки выводов и заключений, списка цитированной литературы.

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: основные учебники, статьи и монографии в области квантовой химии, использованные в них логические и семантические приемы.

·  Уметь: самостоятельно составлять научные тексты (научные статьи, доклады и тезисы, учебные и методические пособия и др.) в области квантовой химии.

·  Владеть: основными приемами научной логики, используемыми при планировании научных исследований и анализе его результатов.

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: категориально-понятийную структуру квантовой механики и классической химии (применительно к проблематике квантовой химии).

·  Уметь: осуществлять категоризацию природных явлений, объектов и процессов, реализовывать базовые математические методы (интерполяция и экстраполяция, аппроксимация с использованием статистических оценок и др.) для обработки данных.

·  Владеть: методикой ведения научной дискуссии (представление результатов, публичная защита, формулировка вопросов и ответов).

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции,

•  семинары,

•  индивидуальные консультации научного руководителя,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий,

•  участие в студенческой научной конференции.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  беседы с научным руководителем,

•  домашние задания,

•  семестровый зачет.

ПК-6: имеет опыт профессионального участия в научных дискуссиях

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: роль научных дискуссий в исследовательской естественнонаучной деятельности (в том числе, в области квантовой химии); их основные типы и формы: устные дискуссии на научных конференциях и семинарах, заочные дискуссии в печатных изданиях и электронных сетях.

·  Уметь: вести научные дискуссии разных типов и форм с соблюдением общепринятых правил и норм.

·  Владеть: основными приемами ведения научных дискуссий разных типов и форм с соблюдением общепринятых правил и норм.

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: историю развития научных дискуссий в разные эпохи и периоды, исторические примеры таких дискуссий (Пруст – Бертолле, совещани АН СССР 1948 г. по проблемам квантовой химии и др.).

·  Уметь: самостоятельно подготовиться к проведению научной дискуссии по тематике магистерской диссертации, составить тезисы и вопросы, варианты ответов.

·  Владеть: основными приемами научной логики, используемыми при планировании научных исследований и анализе его результатов.

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: содержание современных научных дискуссий, ведущихся в научной печати по проблемам квантовой химии (по указанию научного руководителя).

·  Уметь: организовать научную дискуссию на студенческой научной конференции, учебном занятии, защите ВКР.

·  Владеть: основными логическими и семантическими средствами научного языка, используемыми при проведении научных дискуссий.

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции и семинары,

•  индивидуальные консультации научного руководителя,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий,

•  участие в студенческой научной конференции.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  беседы с научным руководителем,

•  домашние задания,

•  семестровый зачет.

ПК-7: умеет представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в периодической научной печати)

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: роль и значение информационного общения в научном сообществе, в исследовательской деятельности; формы и способы такого общения (рефераты и статьи в периодической научной печати, устные доклады и дискуссии на научных конференциях и семинарах и др.).

·  Уметь: представлять результаты проведенных исследований в форме рукописи (статья, научный отчет, тезисы доклада).

·  Владеть: основными средствами оформления научных рукописей (компьютерные текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, вычислительные комплексы и др.).

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: историю развития информационного общения в научном сообществе, в исследовательской деятельности в разные эпохи и периоды, исторические примеры (международные съезды и конгрессы химиков, развитие научной периодической печати, системы препринтов и др.).

·  Уметь: представлять результаты проведенных исследований в форме мультимедийной презентации.

·  Владеть: основными средствами подготовки мультимедийных презентаций (программы Power Point, MS Word, Excel) и их практического проведения.

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: правила и сложившиеся нормы информационного общения в современном научном сообществе, их значение и роль, необходимость соблюдения.

·  Уметь: пользоваться техникой работы в интернете, компьютерными средствами поиска информации и информационного обмена; вести информационное общение в компьютерных сетях (научная переписка, on-line конференции и др.).

·  Владеть: профессиональным химическим языком (основные категории и понятия химии, их взаимосвязи, особенности семантики и синтаксиса химического языка).

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции и семинары,

•  индивидуальные консультации научного руководителя,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий, изучение литературы по теме магистерской диссертации,

•  участие в студенческой научной конференции.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  беседы с научным руководителем,

•  домашние задания,

•  семестровый зачет.

ПК-10: способен определять и анализировать проблемы, планировать стратегию их решения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Минимальный уровень:

·  Знать: основные эпистемологические и методологические проблемы естествознания в целом и химической науки, в том числе; основные типы научных проблем, существующие подходы к их решению.

·  Уметь: формулировать научные проблемы (на материале магистерской диссертации); классифицировать и ранжировать их, оценивать качество возможных решений.

·  Владеть: основными средствами научного дискурса, используемыми при формулировке научных проблем и их решении.

Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню)

·  Знать: историю возникновения научных проблем и использованных для их решения средств в разные исторические периоды (методологический, инструментальный, классический, технологический, современный).

·  Уметь: разрабатывать планы решения конкретных научных проблем (на материале магистерской диссертации) в рамках и с учетом общей тематики работы кафедры или лаборатории.

·  Владеть: основными теоретическими и экспериментальными средствами решения научных проблем (категоризация в рамках известной теоретической концепции, использование математических моделей, экспериментальные измерения, статистическая обработка экспериментальных данных).

Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням)

·  Знать: современные научные и организационные проблемы в области химии, государственную политику в отношении этих проблем.

·  Уметь: составлять заявки на гранты в рамках официальных исследовательских программ и проектов, формулировать предлагаемые к решению проблемы и определять необходимые для этого средства.

·  Владеть: основными логическими и семантическими средствами научного химического языка, используемыми для формулировки научных проблем, поиска решений и оценки их качества.

Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:

•  лекции и семинары,

•  индивидуальные консультации научного руководителя,

•  самостоятельная работа студента, в том числе, выполнение домашних контрольных заданий, изучение литературы по теме магистерской диссертации,

•  участие в студенческой научной конференции.

Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:

•  контрольные опросы на лекциях (10 тестовых вопросов по каждой теме),

•  выступления и доклады на семинарах,

•  беседы с научным руководителем,

•  защита магистерской диссертации.

•  семестровый зачет.

Данное дополнение к УМК утверждено на заседании кафедры органической и экологической химии от "22" октября 2013 г., протокол № 2.

И. о. заведующего кафедрой