Podklady z prednášok a aktuálnej vedeckej literatúry

R.J.D. Tilley, Understanding Solids, Wiley 2013

Predmet je hodnotený záverečnou písomnou skúškou, za ktorú je možné získať maximálne 100 b. Na získanie hodnotenia A je potrebné získať najmenej 92 bodov, na získanie hodnotenia B najmenej 84 bodov, na hodnotenie C najmenej 76 bodov, na hodnotenie D najmenej 68 bodov a na hodnotenie E najmenej 60 bodov.

slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa vyučuje len v letnom semestri.

Elektrické izolátory, Látky s elektrónovou a iónovou vodivosťou, Magnetické vlastnosti, Optické vlastnosti, Redox reakcie v objeme a na povrchu tuhých látok, Katalýza na povrchu tuhých látok, Termické vlastnosti, Interakcie tuhých látok s biologickými systémami

V rámci predmetu sa študenti zoznámia so súvislosťami medzi štruktúrou, väzbou a elektrónovou štruktúrou anorganických tuhých látok a ich fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Hlavná pozornosť bude venovaná elektrickým, magnetickým, optickým a katalytickým vlastnostiam ako aj interakciám tuhých látok s biologickými systémami.

Podklady z prednášok a aktuálnej vedeckej literatúry

W.D.Callister, D.G.Rethwish, W.D. Callister´s Materials Science and Engineering, John Wiley and Sons 2020

Predmet je hodnotený formou písomnej skúšky, za ktorú je možné získať maximálne 100 bodov. Výsledná známka sa určí podľa nasledovnej stupnice: A = ≥92%, B = ≥84 %, C = ≥76, D = ≥ 68%, E = ≥ 60%, FX = menej ako 60% z celkového počtu 100 bodov.

slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa vyučuje len v zimnom semestri

Úvod. Tenké vrstvy materiálov. Polovodivé materiály rôzneho typu a aplikácií. Tuhé elektrolyty, batérie, palivové články. Supravodivé materiály. Konštrukčná keramika. Nanokompozity. Biokompatibilné keramické materiály. Heterogénne katalyzátory. Exkurzia.

Študenti zoznámia so vzťahom medzi štruktúrou, mikroštruktúrou a vlastnosťami najdôležitejších pokročilých anorganických nekovových materiálov. Spoznajú ich vlastnosti, spôsoby prípravy a aplikácie v rôznych progresívnych oblastiach. Súčasťou výučby je aj exkurzia na externé pracovisko zaoberajúce sa výskumom v oblasti pokročilých materiálov.

Forma výučby: cvičenie

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 6 Za obdobie štúdia: 78

Metóda štúdia:

Prezenčná výuka vo forme cvičení v laboratóriu, s dôrazom na samostatnú prácu študentov

Jerigová Monika, Benko Ján, Pokročilé cvičenie z fyzikálnej chémie 2, Bratislava, Univerzita Komenského v Bratislave, 2021. - 129 s., ISBN 978-80-223-5085-3

Písomné testy overujúce teoretické zvládnutie problematiky pred

začiatkom laboratórneho cvičenia, jeden výpočtový test v polovici a druhý test na konci semestra, samostatné vypracovanie protokolov z cvičených experimentálnych úloh. Bodová stupnica: A 93-100, B 85-92, C 77-84, D 69-76, E 61-68, Fx 60 a menej bodov.

slovenský

tručná osnova predmetu:

1. Stanovenie fázového diagramu, podmienky termodynamickej rovnováhy.

2. Molekulová spektroskopia, účinok solventu a hypsochromatický / batochromatický posun.

3. Refraktometrické stanovenie tautomérnej rovnovážnej konštanty a rekčného tepla rekcie tautomerizácie.

4. Stanovenie kinetiky oxidácie jodidu draselného s persíranom draselným, termodynamické parametre

reakcie.

5. Vplyv iónovej sily elektrolytu na rýchlosť oxidácie jodidu draselného s persíranom draselným.

6. Stanovenie výparného tepla kvapaliny spektrofotometrickou metódou.

7. Fluorescenčná spektroskopia a tvorba inkluzívnych komplexov na báze cyklodextrínov.

8. Atómová-silová rastrovacia mikroskopia povrchov.

9. Hmotnostná spektroskopia sekundárnych iónov.

10.Infračervená spektroskopia organických a anorganických zlúčenín.

11.Laserová spektroskopia, holografia.

Osvojenie si princípov správnej laboratórnej praxe s dôrazom na praktické využitie experimentálnych techník fyzikálnej vrátane počítačového a štatistického spracovania experimentálnych údajov. Zoznámenie sa s modernými high-tech prístrojmi a ich využitie vo fyzikálnej chémii.

Forma výučby: cvičenie/seminár

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 5/1 h (možno preniesť medzi jednotlivými týždňami podľa potrieb realizácie experimentu) Za obdobie štúdia: 72

Metóda štúdia: prezenčná, v prípade seminára môže byť aj dištančná resp. kombinovaná

P. Ševčík, Ľ. Adamčíková: Pokročilé cvičenie z fyzikálnej chémie, skriptá, Univerzita Komenského, Bratislava 1982.

F. Daniels a kol., Experimental Physical Chemistry, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1956.

Výuka pozostáva z jednej hodiny seminára a piatich hodín cvičenia. Študenti budú oboznámení s vybranými

problémami a témami z rôznych oblastí fyzikálnej chémie, ktoré budú riešiť formou experimentálnej práce. Na

základe teoretických vedomostí a pomocou odporúčanej literatúry bude úlohou študentov navrhnúť metodický

postup riešenia problému. Návrh by mal zahŕňať metodický postup, zostavu experimentálnej aparatúry prípadne

schému a popis realizácie experimentu na riešenie vedeckého problému. Tento postup budú študenti prezentovať

vrámci seminára spolu s a diskusiou s vyučujúcim so zapojením ostatných študentov. Po kritickom zhodnotení

návrhu a schválení postupu prebehne realizácia experimentu vo forme laboratórnych cvičení. Výsledky získané

experimentom budú študenti opäť prezentovať vrámci seminára. Hlavný dôraz má byť na intepretáciu výsledkov.

Priebeh realizácie experimentu a jeho výsledky študent vypracuje vo forme krátkeho protokolu. Vyučujúci bude hodnotiť aktivitu študenta na seminároch, kvalitu realizácie experimentov a úspešnosť zvládnutia riešenia problému.

Hodnotenie A – návrhy realizácie experimentov vychádzali z vynikajúcich vedomostí študenta, realizácia, spracovanie prezentácií a protokolu boli vyhodnotené ako výborné, študent pracoval samostatne a na vysokej kvalitatívnej úrovni.

Hodnotenie B – návrhy realizácie experimentov vychádzali z veľmi dobrých vedomostí študenta, študent potreboval len minimálnu pomoc pri realizácii experimentov, spracovaní prezentácií a protokolov.

Hodnotenie C - návrhy realizácie experimentov vychádzali z dobrých teoretických vedomostí študenta, študent potreboval pomôcť s niektorými otázkami pri realizácii experimentu. Pri spracovaní prezentácií a protokolov sa vyskytli menšie chyby a nedostatky.

Hodnotenie D - návrhy realizácie experimentov vychádzali z priemerných teoretických vedomostí študenta, študent si potreboval doplniť niektoré teoretické vedomosti a vyžadoval väčšiu pomoc pri návrhu alebo realizácii experimentu. Pri spracovaní prezentácií a protokolov sa vyskytlo viac chýb a tieto sa museli opraviť a výstupy doplniť.

Hodnotenie E – realizácia úloh bola na nízkej alebo podpriemernej úrovni a experimenty museli byť často zopakované. Vypracované prezentácie a protokoly boli nevyhovujúce a museli byť opakovane doplňované a dopracované.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku pre doplnenie vedomostí alebo získanie niektorých informácií)

Len v zimnom semestri, maximálne 8 študentov

Osnovu zahŕňa teoretická príprava k danej problematike, príprava a samotná realizácia experimentov, vyhodnotenie a prezentácia výsledkov.

Študent bude absolvovať najmenej štyri úlohy z fyzikálnej chémie, ktoré vyberie vyučujúci a ktoré tematicky zahŕňajú oblasti termodynamiky, elektrochémie, spektrálnych metód, kinetiky chemických reakcií a koloidnej chémie. Príklady riešených úloh: Parciálny molárny objem zložiek zmesi kvapalín, viskozita a povrchové napätie kvapalín a roztokov, súčin rozpustnosti málo rozpustných látok, tvorba molekulových agregátov farbív, stanovenie kvantového výťažku fluorescencie, katióno-výmenná kapacita prírodných iónomeničov, voltametria, Belousova-Žabotinského reakcia - vplyv teploty alebo koncentrácie reaktantov na priebeh reakcie, stanovenie kritickej micelárnej koncentrácie povrchovoaktívnych látok, infračervená spektroskopia pre identifikáciu zložiek zmesí, kinetika rozpúšťania tuhej látky, kinetika rýchlych a zložitejších reakcií pomocou metódy stopped-flow.

Hlavným vzdelávacím výstupom, ktorý študent získava absolvovaním predmetu, je schopnosť zužitkovania teoretických vedomostí pre návrh riešenia problému formou jednoduchého experimentu. Študent sa naučí analyzovať jednoduchý teoretický vedecký problém, pracovať s literatúrou pri návrhu jednoduchého experimentu pre riešenie vedeckej otázky, spracovávať získané experimentálne výsledky, prezentovať návrh riešenia problému a interpretácie výsledkov a spracovať výsledky experimentu do jednoduchého protokolu. Po absolvovaní predmetu by mal študent vedieť pracovať s vedeckou, odbornou, aj anglickou literatúrou pre osvojenie a využitie teoretických vedomostí a zdrojov z literatúry, využiť teoretické vedomosti na návrh a realizáciu experimentov vo fyzikálnej chémii, samostatne naštudovať princípy metód potrebných na realizáciu experimentov a zvládnuť postupy a metódy potrebné na realizáciu experimentov. Študent by mal rozumieť teórii k daným experimentom, súvislostiam medzi teoretickými vedomosťami a praktickou realizáciou experimentálnych úloh, princípom postupov a metódam potrebných na realizáciu experimentálnych prác a metódam spracovania a vyhodnotenia výsledkov

Forma výučby: seminár/prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2/2 Za obdobie štúdia: 26/26

Metóda štúdia: prezenčná

M. Kodíček, V. Karpenko: Biofysikální chemie; ACADEMIA, Praha 2000.

Na záver semestra bude písomný test s maximálnym hodnotením 80 bodov. Na získanie hodnotenia A je potrebné získať najmenej 74 bodov, na získanie hodnotenia B najmenej 67 bodov, na hodnotenie C najmenej 61 bodov, na hodnotenie D najmenej 54 bodov a na hodnotenie E najmenej 48 bodov.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa vyučuje len v zimnom semestri.

• elektrónová spektroskopia

• infračervená spektroskopia

• fluorescenčná spektroskopia

• cirkulárny dichroizmus

• nukleárna magnetická rezonancia

• pozitrónová emisná tomografia

• elektrónová a konfokálna mikroskopia

• RTG difrakčná analýza

• kalorimetrické metódy

• elektrochemické a elektrofyziologické metódy

• kinetika a nelineárna dynamika biologických dejov

• metódy systémovej biológie

Znalosti o princípoch a využití experimentálnych fyzikálno-chemických metód v biochémii

a molekulárnej biológii.

• Absolvent predmetu bude schopný vybrať vhodné metódy na výskum a riešenie konkrétneho

biologického problému.

• Absolvent bude schopný analyzovať získané dáta s cieľom kvalitatívne i kvantitatívne analyzovať

študovaný problém alebo analyzovať štruktúru a vlastnosti skúmaných biologických molekúl.

Forma výučby: P/S

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2/1 Za obdobie štúdia: 26/13

Metóda štúdia:

Prezenčná výuka vo forme prednášok, kde sa naučia teóriu a seminár, kde sa vyhodnocujú spektrá, dáta a tak isto rátajú príklady.

1. J. M. Hollas: Modern Spectroscopy, 2004, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, West Sussex PO19 8SQ,

England.

2. V. Milata, P. Segľa, V. Brezová, A. Gatial, V. Kováčik, M. Miglierini, Š. Stankovský, J. Šíma, Aplikovaná molekulová spektroskopia, STU v Bratislave, 2008

3. Peter Atkins, Julio De Paula, James Keeler, Atkins' Physical Chemistry 11e, Oxford University Press, 2019

4. Róbert Bartko, Marián Miller, Matlab I, Algoritmizácia a riešenie úloh, Digital Graphic, 2004

5. Karel Zaplatílek, Matlab - pro začínající uživatele, Tribun EU, 2020

Ústna a písomná skúška, bodová stupnica je: A: 92-100%, B: 84-91%, C: 76-83%, D: 68-75%, E: 60-67%.

slovenský jazyk a anglický jazyk

Spektroskopické a spektrometrické metódy:

Refraktometria a interferometria. Nefelometria a turbidimetria. Optická rotačná disperzia (ORD). Cirkulárny

dichroizmus (CD)

Atómová absorpčná a emisná spektrofotometria. Absorpčná spektroskopia v UV-VIS, IČ, THz oblasti. Fluorescenčná a Ramanova spektroskopia.

EPR, NMR, Hmotnostná spektrometria.

Elipsometria, mikroskopickými skenovacie techniky – STM, AFM, SEM

Augerova elektrónová spektroskopia (AES) a RTG spektroskopia.

Demonštračné výpočty a fitovanie a vyhodnocovanie spektier využitím numerických metód

Študent by mal získať prehľad o spektrálnych a spektrometrických metódach používaných v chemickom výskume. Tak isto by mal vedieť nafitovať a vyhodnotiť namerané spektrá a dáta pomocou programov ako je napr. MatLab.

Forma výučby: prednáška/seminár

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 4/1 Za obdobie štúdia: 52/13

Metóda štúdia:

prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

J. Pišút, F. Gomolčák, V. Černý: Úvod do kvantovej mechaniky. Alfa Bratislava 1988.

J. Formánek: Úvod do kvantové teorie. Academia, Praha,1983

A. Messiah, Quantum Mechanics, Amsterdam 1964.

P. W. Atkins, R. R. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, Oxford Univ. Press, 1997, 2010, ISBN:

0199541426.

R. Polák a R. Zahradník: Kvantová chemie, SNTL, Praha 1985.

P. Čársky, M. Urban: "Ab initio calculations. Methods and applications in chemistry." Lecture Notes in

Chemistry, Vol.16. Springer Verlag, Berlin, 1980; P. Čársky, M. Urban: "Ab initio výpočty v chemii". SNTL

Praha, 1985.

M. Urban, I. Černušák, V. Kellö, J. Noga: "Electron correlation in molecules". In Methods in Computational

Chemistry Vol. I. Electron Correlation in Atoms and Molecules. Ed. S. Wilson, Plenum Press, New York 1987,

pp.117-250.

V. Lukeš, V. Laurinc, M. Ilčin, E. Klein, Počítačové modelovanie molekúl, STI Bratislava 2011, ISBN

9788022734561.

F. L. Pilar, Elementary Quantum Chemistry, McGraw-Hill, New York, 1990;

A. Szabo, N. S. Ostlund: Modern Quantum Chemistry, Dover Publications, 1996, ISBN: 0486691861

Ch. J. Cramer” Essentials of Computational Chemistry. Theories and models. Wiley, Chichester, 2002

L. Piela: Ideas of Quantum Chemistry, Elsevier Books, 2020, ISBN: 0444642463

Počas semestra študenti vypracujú semestrálnu prácu na tému použitia

metód kvantovej chémie na analýzu resp. výpočet vlastností molekúl a reaktivity. Na absolvovanie predmetu je

nutný skríningový test a ústna skúška. Pre postup na ústnu skúšku treba získať v teste najmenej 50 bodov zo 100 možných. Bodová stupnica pre základ hodnotenia: A: 91-100%, B: 81-90%, C: 71-80%, D: 61-70%, E: 50-60%.

Študenti/študentky s výsledkom medzi 50 až 67 bodov môžu postúpiť na ústnu skúšku, kde môžu získať 10 dodatočných bodov. Na ústnej skúške, so zohľadnením bodov z testu je bodová stupnica: A 92-100%, B 84-91,9 %, C 76-83,9 %, D 68-75,9 %, E 60-67,9 %, Fx 59,9 % a menej bodov

slovenský jazyk a/alebo anglický jazyk

Predmet sa poskytuje len v zimnom semestri. Odporúča sa absolvovanie predmetu „Teória

chemickej väzby“ v 1. stupni štúdia chémie resp. biochémie.

I. Základné pojmy kvantovej fyziky. Experimenty vedúce k vzniku kvantovej fyziky. Vlnový balík, princíp

superpozície. Analógia optika - vlnová mechanika. Princíp neurčitosti. Korešpodenčný princíp.

II. Schrödingerova rovnica, navodenie. Hamiltonián, operátor hybnosti. Operátory a fyzikálne veličiny.

Schrödingerova rovnica stacionárneho stavu systému. Základné predstavy relativistickej kvantovej fyziky.

III. Štatistická interpretácia vlnovej funkcie. Funkcie v Hilbertovom priestore. Rozvoj funkcie do

ortonormálneho radu. Fourierovské transformácie. Stredné hodnoty mechanických veličín. Vlastné hodnoty a

vlastné funkcie Hermitovských operátorov. Komutujúce operátory a zlučiteľné premenné v kontexte klasifikácie

elektrónových stavov atómov a molekúl. “Dobré” a “zlé” kvantové čísla. Vlnové funkcie a operátory ako vektory

a matice. Matica hustoty. Diracova symbolika. Projekčné operátory.

IV. Operátory momentu hybnosti, komutačné vzťahy. Vlastné funkcie a vlastné hodnoty operátora momentu

hybnosti a jeho zložiek. Obecné vzťahy pre vlastné hodnoty operátora momentu hybnosti. Spin. Spinová vlnová

funkcia elektrónu. Pauliho matice. Viacelektrónové systémy, Skladanie momentov hybnosti., spinový a orbitálny

moment, celkový moment, multipletové stavy atómov, spektrálne termy. “Dobré ” a “zlé” kvantové čísla v

nomenklatúre elektrónových stavov molekúl.

V. Približné metódy kvantovej chémia. Variačný princíp, rozvoj vlastných funkcií. Poruchová teória

stacionárnych stavov. Prvý a druhý poriadok poruchovej teórie v kontexte chemických problémov -

medzimolekulové interakcie, reaktivita, spektroskopia. Poruchová teória degenerovaných systémov. Aplikácia na

komplexné zlúčeniny. Náčrt časovo závislej poruchovej teórie, semi-klasická teória interakcie žiarenia s atómami

a molekulami, aplikácia v spektroskopii.

VI. Elektrónová štruktúra viacelektrónových atómov a molekúl. Prehľad: semiempirické metódy, ab initio

metódy, Density functional (DFT) metódy, ďalší vývoj kvantovej chéme ako partnera experimentálnych metód.

VII. Základné metódy počítačovej chémie. Bornova - Oppenheimerova aproximácia. Pauliho princíp.

Slaterove determinanty pre closed-shell a open-shell systémy. Excitované stavy, tripletový, singletový a ich vlnové funkcie. Jednoelektrónové priblíženie - SCF metóda, jej obmedzenia. Matica hustoty, Mullikenova populačná analýza. Otvorené systémy, radikály, porovnanie s closed shell systémami.

VIII. Molekulové orbitaly. Slaterove a Gaussove bázy v MO metódach.

IX. Korelačné efekty. Fyzikálny princíp, limitácia modelu “nezávislých” elektrónov. Mnohočasticový problém, korelačná energia,. Konfiguračná interakcia (CI). Poruchové metódy, Coupled Cluster (CC) metódy. “Zlatý štandard kvantovej chémie” a vývoj CC metód smerom k výpočtom väčších systémov.

X. Komplikované multireferenčné prípady v chémii. Disociačné procesy, excitované stavy.

XI. Multikonfiguračná SCF princíp metódy MC SCF, RASSCF (Resctricted active space SCF), CASPT2,

aktívny priestor. MR - CI (multireferenčná CI).

XII. Symetria v chémii. Základy teórie grúp, teória reprezentácií, symetricky adaptované funkcie, molekulové

orbitaly. Priamy súčin, elektrónová konfigurácia viacatómových molekúl, spektroskopické označenie

základného, excitovaného, ionizovaného stavu molekúl. Výberové pravidlá v spektroskopii, symetria v reaktivite.

XIII. Princíp Density functional (DFT) metód. Výhody, problémy, aplikácie.

XIV. Príklady aplikácií metód kvantovej chémie. Ionizačné a excitačné energie, elektrónové afinity,

termochémia, spektroskopia, elektrické vlastnosti molekúl - dipólové momenty, polarizovateľnosti,

medzimolekulové interakcie. Modelovanie biosystémov.

XV. Seminárna práca, použitie metód kvantovej chémie na analýzu resp. výpočet vlastností molekúl a reaktivity

Základom pochopenia vlastností látok, chemickej väzby, vlastností molekúl a ich

reaktivity je kvantová fyzika; pre chémiu ťažších atómov relativistická kvantová fyzika. Nadviaže sa na poznatky z 1. stupňa štúdia. Cieľom je hlbšie pochopenie princípov a logiky kvantovej fyziky a súvis fyzikálnych a chemických vlastností atómov a molekúl s týmito princípmi. Prehĺbia sa poznatky o základných operátoroch kvantovej fyziky, vlastnostiach vlnových funkcií, rozvojové teorémy, základné aproximácie kvantovej fyziky, najmä variačný princíp a poruchová teória, na ktoré nadviažu metódy mnohočasticovej teórie atómov a molekúl. Zdôrazní sa význam poruchovej teórie pre chápanie chemickej reaktivity, medzimolekulových interakcií, spektroskopie atď. Výsledkom vzdelávania bude prehľad o princípoch a použití metód kvantovej chémie v chápaní fyzikálneho a chemického správania sa molekúl a počítačovom modelovaní ich vlastností a reaktivity. Študent bude rozumieť výberu metód a počítačových programov vo vzťahu počítačová náročnosť – presnosť v širokej palete aplikácií a bude chápať synergiu experimentálnych metód chémie a metód kvantovej chémie v súčasnom výskume. Poukáže sa na význam metód kvantovej chémie v počítačovom modelovaní prakticky vo všetkých oblastiach chémie, ale aj v niektorých oblastiach molekulárnej biológie a fyziky

Forma výučby: prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia: prezenčná

• P. C. Hiemenz, Polymer chemistry. The basic concepts., Dekker, 1984

• M. Lazár, D. Mikulášová: Syntéza a vlastnosti makromolekulových látok, Alfa Bratislava 1976

• M. Lazár, T. Bleha, J. Rychlý: Chemical reaction of natural and synthetic polymers, Ellis Horwood Ltd. Chicester 1989

Ústna skúška; na získanie hodnotenia A je potrebné preukázať najmenej

92% požadovaných vedomostí, na získanie hodnotenia B najmenej 84% vedomostí, na hodnotenie C najmene 76% vedomostí, na hodnotenie D najmenej 68% vedomostí a na hodnotenie E najmenej 60% vedomostí. Kredity nebudú udelené študentovi, ktorý preukáže menej ako 60% požadovaných vedomostí.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa vyučuje len v zimnom semestri

Stručná história polymérov. Základné pojmy makromolekulovej chémie: monomér, funkčnosť monoméru, stavebná jednotka, polymerizačný stupeň, lineárny, vetvený, rebríkový, sietený, očkovaný, blokový polymér a kopolymér. Izoméria polymérnych reťazcov, konfigurácia a konformácia. Pohľad na polymérne reťazce ako na náhodné fraktály. Typy polymérnych látok. Priemerné mólové hmotnosti, distribúcie a stanovenie mólových hmotností, disperzita polymérov. Ideálny a reálny reťazec. Kvalita rozpúšťadla. Viskoelasticita. Základné zákonitosti a klasifikácia polymerizačných reakcií. Radikálová polymerizácia. Typy monomérov, podmienky polymerizovateľnosti, iniciátory, elementárne reakcie radikálovej polymerizácie, kinetika radikálovej polymerizácie, termická a fotoiniciácia, rýchlosť iniciácie, rýchlosť polymerizácie. Iónová polymerizácia. Typy iniciátorov, elementárne reakcie pri iónovej polymerizácii, aniónová a katiónová polymerizácia, živá polymerizácia, príprava makromonomérov, vplyv koncentrácie iniciátora a čistoty reakčného prostredia na polymerizačný stupeň, porovnanie s radikálovou polymerizáciou. Polymerizácie cyklických monomérov. Koordinačná polymerizácia. Ziegler-Nattove katalyzátory, oxidy kovov, mechanizmus polymerizácie, stereokontrola rastovej reakcie, distribúcia molekulovej hmotnosti. Metódy reverzibilnej aktivácie a deaktivácie radikálových polymerizácií. Polykondenzácia. Typy monomérov, mechanizmus a typy polykondenzácie, stechiometria komonomérov vo vzťahu k molekulovej hmotnosti polykondenzátu, konverzia polykondenzácie a molekulová hmotnosť, polyestery (nasýtené a nenasýtené), polyamidy, polykarbonáty. Polyadícia. Syntéza polyuretánov a epoxidov, porovnanie s polykondenzáciou. Spôsoby uskutočnenia syntézy makromolekúl v bloku, v roztoku, v suspenzii, v emulzii, medzifázová polykondenzácia, výhody a nevýhody jednotlivých postupov,napodobňovanie syntéz v prírode. Kopolymerizácia, typy

kopolymerizácií. Základné princípy prípravy blokových, očkovaných, štatistických a gradientových kopolymérov. Sieťovanie polymérov. Metódy, vplyv na vlastnosti, vzájomne prestúpené siete, fyzikálne sieťovanie, význam sieťovania pre elastické vlastnosti polymérov. Vetvenie makromolekúl. Metódy, príprava očkovaných kopolymérov, vlastnosti a využitie očkovaných kopolymérov. Reaktivita funkčných skupín v makromolekule. Vplyv konformácie makromolekulového reťazca a hustoty klbka, efekt susedného substituenta a takticity. Polyméranalogické reakcie, funkcionalizovanie polymérov, halogenácia polyolefínov, izomerizácia, cyklizácia, epoxidácia a ozonolýza polydiénov, sulfonácia a chlórmetylácia polystyrénu, hydrolýza polyvinyl acetátu, nitrocelulóza, xantogenácia celulózy, dehydrohalogenácia a dehalogenácia, zmena konfigurácie substituentov v méri. Deštrukčné reakcie polymérov. Termolýza, typy termolýzy, depolymerizácia a štatistická degradácia, fotolýza a rádiolýza, oxidačná deštrukcia, degradácia vplyvom ozónu a chemických látok, hydrolýza heteroreťazcových polymérov, horenie polymérov, , inhibícia a retardácia jednotlivých typov degradácie, antioxidanty, svetelné stabilizátory, antiozonanty, retardéry horenia. Príklady najbežnejších polymérnych materiálov a ich použitiav rôznych aplikáciách. Inteligentné polyméry. Medicínske polyméry. Kvapalno-kryštalické polyméry. Nanoštruktúrne polyméry. Správanie polymérov na fázovom rozhraní. Polymérne zmesy a kompozity. Mechanické vlastnosti polymérnych sústav.

Predmet je zameraný na štruktúrne vlastnosti polymérnych reťazcov a vplyv prostredia na tieto vlastnosti a

vzájomné interakcie monomérov ako aj na základy prípravy, modifikácie a reaktivity syntetických a prírodných makromolekúl. Rozoberajú sa súvislosti medzi štruktúrou a vlastnosťami makromolekulových sústav, dôraz sa tiež kladie na rozlíšenie medzi radikálovým, iónovým alebo molekulovým mechanizmom syntézy a reakcií polymérov, je vysvetlená syntéza polymérov z hľadiska kinetiky procesu jej riadenia. Pozornosť sa venuje modifikácii polymérov s cieľom zlepšenia ich úžitkových vlastností.

Forma výučby: prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia: prezenčná, prípadne dištančná

Ľ. Treindl: Chemická kinetika, SPN Bratislava 1990.H. Taube: Electron Transfer Reactions of Complex Ions in Solution, Academic Press, New York 1970.

R. A. Jackson: Mechanism an introduction to the study of organic reactions, Oxford 1972. P. Sykes: The search for organic reaction pathways, London 1972.

Ch. Reichardt: Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, VCH Verlagsgesellschaft mbH Weinheim,Germany 1988. M. L. Tobe, J. Burgess: Inorganic Reaction Mechanisms, Longman, 1999.

Hodnotenie bude na základe ústnej skúšky alebo testu vykonanej v skúšobnom období (60% hodnotenia) a hodnotenia prezentácie seminárnej práce študenta na vybranú tému predmetu (40% hodnotenia). Konečné hodnotenie a klasifikácia predmetu bude A: 91-100% B: 81-90% C: 71- 80% D: 65-70% E: 60-65%.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa poskytuje len v zimnom semestri.

• Postupy a fyzikálnochemické metódy potrebné pre získavanie informácií o reaktivite a mechanizme reakcií.

• Reakcie koordinačných zlúčenín. Vzťah medzi štruktúrou a reaktivitou koordinačných zlúčenín. Mechanizmy substitučných reakcií. Substitučné reakcie oktaedrických komplexov. Mechanizmus substitučných reakcií štvorcových komplexov, trans-efekt.

• Reakčné mechanizmy redoxných reakcií koordinačných zlúčenín. Mimosférny a vnútrosférny mechanizmus redoxných reakcií. Nestabilné oxidačné stavy v redoxných reakciách.

• Klasifikácia chemických reakcií organických zlúčenín. Nukleofilné, elektrofilné a radikálové reakcie. Kinetické údaje a ich interpretácia. Aktivačné parametre a ich využitie pri štúdiu mechanizmov reakcie. Hlavné typy medziproduktov v organických reakciách.

• Roztoky elektrolytov a solvatácia iónov. Vplyv iónov na štruktúru vody. Roztoky polárnych, nepolárnych a amfifilných látok. Hydrofóbny efekt. Využitie prenosových funkcií na posúdenie vplyvu prostredia na rýchlosť reakcie.

Študent by si mal osvojiť základné aj nadstavbové vedomosti z oblasti chemickej kinetiky, reakčných mechanizmov a vplyvu chemického prostredia na reaktivitu látok najmä z nasledovných tém:

• Mechanizmy substitučných a redoxných reakcií koordinačných zlúčenín.

• Mechanizmy substitučných, adičných, eliminačných a ďalších reakcií organických zlúčenín.

• Základné zákonitosti medzi štruktúrou a reaktivitou látok.

• Získavanie informácií o mechanizmoch reakcií pomocou kinetických a iných fyzikálnochemických

parametrov.

• Posúdiť vplyv podmienok, prostredia, štruktúry a vlastností chemického prostredia na rýchlosť reakcie.

• Základné mechanizmy špeciálnych typov chemických reakcií.

Študent by mal porozumieť:

• Ako aplikovať moderné metódy chemickej kinetiky a fyzikálnochemického výskumu na identifikáciu

mechanizmu chemických reakcií.

• Ako pomocou teórie chemickej reaktivity dosiahnuť praktickú optimalizáciu chemických procesov.

• Základným princípom vplyvu prostredia na reaktivitu látok.

Študent by sa mal vedieť orientovať v odbornej a vedeckej literatúre ich využívanie v riešení konkrétnych problémov. Mal by nadobudnúť základné vedecko-pedagogické zručnosti a vedieť názorne prezentovať stav problematiky a riešenie problémov pred auditóriom

Forma výučby: prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 1 Za obdobie štúdia: 13

Metóda štúdia: prezenčná

• J. Keeler: Understanding NMR Spectroscopy

• M. H.Levitt: Spin dynamics (Basics of nuclear magnetic resonance), John Wiley, 2002

Ústna skúška, pričom bodová stupnica je: A 92-100%, B 84-91,9 %, C 76-83,9 %, D 68-75,9 %, E 60-67,9 %, Fx 59,9 % a menej bodov

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa vyučuje len v zimnom semestri.

• Základné princípy rezonančnej spektroskopie: spin, magnetický moment, Zeemanov jav

• spinový hamiltonián, chemický posun, interakčné konštanty

• relaxácia, korelačná funkcia, spinová hustota, jadrový Overhauserov efekt

• Študent by si mal osvojiť základné princípy rezonančnej spektroskopie aplikované na jadrovú magnetickú rezonanciu (NMR). Získať súčasný pohľad na interpretáciu javu magnetickej rezonancie. Oboznámiť sa s opisom moderných NMR metód a ich aplikácií.

Forma výučby: prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia:

Týždenný počet hodín výučby - prednáška 2h, prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

• E. Hála, T. Boublík; Úvod do štatistickej termodynamiky,. Academia, Praha 1969

• W. Moore; Fyzkální chemie. SNTL, Praha 1979

• P. W. Atkins; Fyzikálna chémia. STU, Bratislava 1999

• B. J. McClelland; Statistical Thermodynamics. Chapman & Hall, London 1973

• D. Chandler; Introduction to Modern Statistical Mechanics, Oxford University Presss, Oxford 1987

• M. Ladd; Introduction to Physical Chemistry. Cambridge University Presss, Cambridge 1998

Ústna skúška. Pre postup ústnu skúšku je nutné správne vyriešenie dopredu zadaných príkladov. Na ústnej skúške je bodová stupnica: A 100-92%, B 91-84%, C 83-76%, D 75-68%, E 67-60%, Fx <60%.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

: Predmet sa poskytuje len v letnom semestri.

• klasická mechanika: Newtonove pohybové zákony, fázový priestor, Lagrangova formulácia klasickej

mechaniky, Legendrove transformácie, Hamiltonova formulácia klasickej mechaniky, účinok

• teoretické základy štatistickej mechaniky: termodynamické zákony, štatistický súbor, objem vo fázovom priestore a Liouvillov teorém, distribučná funkcia štatistického súboru a Liouvillova rovnica, rovnovážne riešenia Liouvillovej rovnice

• mikrokanonický, kanonický, izobarický a grand kanonický štatistický súbor: základné termodynamické

vzťahy, distribúcia a partičná funkcia, viriálové teorémy, voľná častica a ideálny plyn v rôznych

súboroch

• simulácie Monte Carlo: princíp metódy, centrálna limitná veta, vzorkovanie distribúcií, Markova reťaz, základný algoritmus

• molekulová dynamika: princíp metódy, základný algoritmus, numerické integrovanie pohybových

rovníc, simulácie rôznych štatistických súborov, problém zriedkavých udalostí a metódy výpočtu

voľných energií

• kvantové rovnovážne súbory: mnohočasticový problem, súborová matica hustoty a jej časový vývoj, Fermi-Diracova a Bose-Einsteinova štatistika, Feynmanove dráhové integrály

Študent si osvojí základné pojmy a nástroje štatistickej termodynamiky: základné postuláty štatistickej termodynamiky; mikrokaninický, kanonický, izobarický a grand kanonický súbor; partičná funkcia; kvantové rovnovážne súbory; Maxwell-Boltzmanova, Fermi-Diracova a Bose-Einsteinova štatistika; chemické reakcie a fázové prechody ako problém zriedkavých udalostí; metódy Monte Carlo a molekulovej mechaniky;

Forma výučby: prednáška/cvičenie

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2/4 Za obdobie štúdia: 26/52

Metóda štúdia:

Týždenný počet hodín výučby - prednáška 2h, cvičenie 4h, prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

• P. W. Atkins, R. R. Friedman: Molecular Quantum Mechanics, Oxford Univ Press, 1997

• P. Čársky, M. Urban: Ab initio výpočty v chemii. SNTL Praha 1985.

• V. Lukeš a kol., Počítačové modelovanie molekúl, STU Bratislava, 2011

• R. Cramer, Computational Chemistry, Wiley, 2004.

: Pre každú tému (viď osnova) vypracujú študenti/študentky štandardný protokol (metodická časť, riešenie zadaní, výsledky, diskusia). Protokoly budú bodovo ohodnotené (0-10b) a celkové hodnotenie predmetu bude založené na sume hodnotení jednotlivých tém. Podmienkou úspešného absolvovania predmetu je riešenie každej témy, vypracovanie všetkých protokolov a zisk nadpolovičného počtu bodov v záverečnom písomnom teste . Na skúške sa berie aritmetický priemer z jednotlivých protokolov a testu, pričom sa použije bodová stupnica: A 92-100, B 84-91, C 76-83, D 68-75, E 60-67, Fx 59 a menej bodov.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa poskytuje len v zimnom semestri.

• Práca s programami MOLCAS a GAUSSIAN, vstupy, povelové súbory

• Báza atómových funkcií, H-F limita, statická/dynamická korelácia, optimalizácia geometrie

• Spektroskopické vlastnosti diatomík, ionizačná energia, elektrónová afinita

• Výpočty elektrických vlastností molekúl

• Medzimolekulové interakcie, superpozičná chyba, vodíková väzba

• Modelové infračervené spektrá molekúl, izotopový efekt, analýza vibračných módov

• Chemická reaktivita, protónová afinita, SN2 reakcie, reakčná koordináta

Vzdelávacím výstupom je tvorivé uplatnenie poznatkov o základoch elektrónovej štruktúry atómov a molekúl, jej súvise s chemickým a fyzikálnym chovaním látok. Patrí sem aplikácia kvantovochemických programov v teoretickej chémii; séria laboratórnych cvičení v spojitosti s experimentom. Témy: optimalizácia geometrie, spektroskopické vlastnosti, chemická reaktivita, elektrické vlastnosti - dipólové a kvadrupólové momenty, dipólové polarizability atď. Ab initio a DFT metódy. Grafické zobrazenie molekúl a orbitálov, interpretácia modelových spektier.

Forma výučby: prednáška/cvičenie

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2/4 Za obdobie štúdia: 26/52

Metóda štúdia:

Týždenný počet hodín výučby - prednáška 2h, cvičenie 4h, prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

• R. G. Parr, W. Yang: Density functional theory of atoms and molecules, Oxford University Press, New York 1989.

• N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid state physics, Harcourt College Publishers 1976.

• P. Atkins, J. de Paula: Atkins‘ Physical Chemistry, Oxford University Press, New York 2002.

PriF.KFTCh/N-mCFZ-117/22 Úvod do teórie tuhej fázy (korekvizita)

pre každú riešenú tému vypracujú študenti správu obsahujúcu riešenie problémov formulovaných v zadaní. Tieto správy budú bodovo ohodnotené (0-10b) a celkové hodnotenie predmetu bude z 50 % založené na sume hodnotení jednotlivých tém a z 50 % na písomnej skúške z teoretickej časti predmetu. Podmienkou úspešného absolvovania predmetu je riešenie každej zadanej témy, vypracovanie všetkých správ, a zisk namenej 60% bodov v hodnoteniach písomnej skúšky a každej zo správ vypracovaných študentmi.

Bodová stupnica hodnotenia: A 100-92%, B 91-84%, C 83-76%, D 75-68%, E 67-60%, Fx <60%.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

• Simulačný balík VASP – základné princípy a použitie

• Atómy a molekuly

• Od molekúl k periodickým systémom

• Kryštálová vs. elektrónová štruktúra

• Termodynamika z prvých princípov: fázový prechod prvého druhu

• Difúzia ad-atómu na povrchu kovu

• Fonóny, vibračné vlastnosti kryštálov

• Molekulová dynamika a simulácia skupenskej premeny

Vybrané problémy z oblasti fyziky tuhej fázy a termodynamiky budú riešené pomocou počítačových simulácií. Cieľom predmetu je prehĺbiť pochopenie fyzikálno-chemických problémov na intuitívnej úrovni a získať základné zručnosti potrebné pre použitie počítačových simulácií v samostatnom výskume.

Forma výučby: prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia:

Týždenný počet hodín výučby - prednáška 2h, prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

• N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid state physics, Harcourt College Publishers 1976.

• Ch. Kittel: Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons, Inc.1996.

úspešné absolvovanie písomnej skúšky, v ktorej je potrebné získať min. 61 bodov zo 100 možných. Bodová stupnica hodnotenia: A 100-92%, B 91-84%, C 83-76%, D 75-68%, E 67-60%, Fx <60%.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

• Chemické väzby v tuhej fáze

• Štruktúra kryštalických látok

• Určovanie štruktúry pomocou difrakcie RTG žiarenia

• Dynamika atómov v kryštáloch

• Elastické vlastnosti

• Termálne vlastnosti

• Elektrónová štruktúra

• Magnetické vlastnosti

• Chémia povrchov

Cieľom predmetu je poskytnúť úvod do modernej teórie tuhej fázy. Absolvent predmetu získa teoretický základ potrebný na pochopenie fyzikálnych a chemických vlastností materiálov.

Forma výučby: prednáška/seminár

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2/2 Za obdobie štúdia: 26/26

Metóda štúdia: prezenčná

D. Martin, S. Prata, M. Waite, M. Wessler, D. Wilson: UNIX, Primer Plus, 3rd Ed., Waite Group Press, Indianopolis, 2000

L. Wall, R. L. Schwartz: Programming PERL, O’Reilly & Associates, Sebastopol 1990

J. Kosek: HTML, Tvorba dokonalých www stránek, Podrobný průvodce, GRADA publishing, Praha 1999

Press W. H., Teukolsky S. A., Vetterling W. T., Flennerey B. P., Numerical Recipes in C, Cambridge University Press, New York, 1992

E. Slaviček, Výpočetní technika pro chemiky, SNTL, Praha, 1983.

Skríningový test a ústna skúška. Pre postup na ústnu skúšku je potrebné získať v teste najmenej 51 bodov zo 100 možných. Na ústnej skúške je bodová stupnica: A 92-100%, B 84-91,9 %, C 76-83,9 %, D 68-75,9 %, E 60-67,9 %, Fx 59,9 % a menej bodov

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

• Práca s vektormi a maticami, Ortogonalizácia, dekompozície matíc (LU, QR, Choleski), inverzia matíc,

problém vlastných hodnôt (Krylovova, Davidsonova a Lanczosova schema). Práca so špecifickými

maticami (veľké, riedke), knižničné programy pre prácu s maticami

• Rozvoj funkcie do radov, Taylorov Chebysevov rad,

• Numerický výpočet vyšších derivácií, zmiešaných parciálnych derivácii, Rombergova schéma

• Minimalizácia funkcií viac premenných, Metódy rezov a simplexové metódy, Gradientové metódy –

Newtonova, FP metóda

• Interpolácie a modelovanie dát, Viacparametrová metóda najmenších štvorcov, Najčastejšie

interpolačné formule, splajny, viacrozmerné interpolácie

• Efektívne riešenia obyčajných DR, RK a viackrokové metódy, Numerické riešenia parciálnych DR

• Štatistické metódy, Náhodné čísla a ich generátory, metódy Monte Carlo

• Špeciálne funkcie a ich využitie (gamma, err, sférické harmonické, a pod.)

• Fourierova transformácia, rýchla FT (FFT) a jej využitie v chémii (konvolucia a dekonvolucia,

spektrálna analýza)

• Shelly operačného systému Unix/Linux: korn, csh, tcsh, bash.

• Networking, počítačová bezpečnosť, Vytváranie web stránok, HTML, rozšírenia pre chémiu

• Skriptové jazyky: PERL, AWK., Použitie “makefile”

• Práca s relačnými databázami

• Všeobecné pravidlá pri písaní efektívnych počítačových programov, optimalizácia programov,

• Použitie optimalizovaných matematických knižníc, Základy debuggingu, Špeciálne vlastnosti

• Základy paralelného programovania

• Základy paralelného počítania

Študent by si mal osvojiť nadstavbové vedomosti z oblasti numerickej matematiky a efektívnej implementácie príslušných algoritmov do počítačových programov. Predmet je nadstavbou k základným kurzom – Numerická matematika a Programovanie v chémii. Cieľom predmetu v oblasti pokročilej numerickej matematiky je oboznámiť študentov s náročnejšími numerickými metódami používanými v chemickej praxi. Pozornosť je venovaná najmä práci s maticami, minimalizácii funkcií, modelovaniu dát a rozvoju funkcií do radov. Predmet je doplnený vybranými kapitolami so štatistických metód, efektívneho riešenia obyčajných a parciálnych diferenciálnych rovníc a príkladmi využitia funkcii matematickej fyziky. V oblasti pokročilého programovania predmet zoznámi študenta s rôznymi programovými nástrojmi v rámci operačného systému Unix/Linux, naučí ho

pravidlám pri vytváraní rozsiahlych počítačových programov a získa tiež základy paralelného programovania.

Poznatky môže študent uplatniť aj v iných oblastiach praxe, dokonca v ekonómii a manažmente.

Študent by mal porozumieť:

• Spôsob práce s programovými nástrojmi ako bash, perl, awk, html, js, makefile, python, fortran, MPI atď.

• využitiu preberaných matematických metód v oblasti fyzikálnej a teoretickej chémie.

Forma výučby: prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia:

Týždenný počet hodín výučby - prednáška 2h, prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

• R. Polák, R. Zahradník: Kvantová chemie. SNTL 1985

• K. J. Laidler: Theories of Chemical Reaction Rates, McGraw-Hill, 1969

• R.B.Woodward, R.Hoffmann:The Conservation of Orbital Symmetry, Academic Press Inc. 1970;

• J. Fišer, Úvod do molekulové symetrie. SNTL, 1980

• Z. Havlas, R. Zahradník, Řešené úlohy z chemické reaktivity, Academia, 1987

• J. Stone: The theory of intermolecular forces. Oxford Univ. Press, Oxford, 2002

• P. Hobza, R. Zahradník: Weak intermolecular interactions. Academia, Praha, 1980

• P. Čársky, M. Urban, Ab initio výpočty v chemii, SNTL, Praha, 1985.

Záverečný test, v ktorom je potrebné získať min. 60 bodov zo 100

možných. V teste skúške je bodová stupnica pre základ hodnotenia: A 92-100, B 84-91, C 76-83, D 68-75, E 60- 67 bodov.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa poskytuje len v zimnom semestri.

• Energetická hyperplocha: stacionárne body, gradient energie a jeho využitie v reaktivite. reakčná koordináta, metóda Intrinsic Reaction Coordinate (IRC).

• Výpočet rovnovážnych a rýchlostných konštánt, štatisticko-termodynamický prístup, izotopové efekty, tunelový efekt v reaktivite

• Hraničné orbitaly a Wodwardove-Hoffmanove pravidlá: prvkov symetrie; výber hraničných orbitalov

(HOMO/LUMO), korelačné diagram, dovolené a zakázané reakcie, elektrocyklické reakcie. DielsoveAlderove reakcie, ukážky hyperplôch a riešení mechanizmov reakcií.

• Medzimolekulové interakcie: prejavy medzimolekulových interakcií v chémii, fyzike a biológii, klasifikácia

medzimolekulových interakcií, koncept silového poľa a jeho využitie v modelovaní medzimolekulových interakcií.

• Molekuly v elektrostatických poliach: elektrické vlastnosti molekúl, dipólový moment, polarizovateľnosť,

multipólový rozvoj, elektrostatické interakcie, sily ďalekého dosahu.

• Poruchová teória: indukčná a disperzná energia, aplikácia metód kvantovej chémie pri výpočtoch

medzimolekulových interakčných energií, poruchová teória síl krátkeho dosahu a jej problémy.

• Vodíkové väzby: mnohočasticové efekty, kooperativita vodíkových väzieb, vplyv na spektrá, empirické modely.

• Halogénové väzby: mechanizmus vzniku, príklady.

Vzdelávacím výstupom sú poznatky o význame elektrónovej štruktúry atómov a molekúl pre medzimolekulové interakcie a chemickú reaktivitu. Študenti/študentky:

i. Ovládajú použitie metód kvantovej chémie v chemickej reaktivite a v medzimolekulových interakciách.

ii. Rozumejú konceptu hyperplochy potenciálnej energie a jeho súvis s termodynamikou

iii. Tvorivo používajú nástroje ako spektroskopia, teória medzimolekulových interakcií a chemickej reaktivity. V chemickej reaktivite rozumejú konceptu symetrie (hraničné orbitaly, vzťahy HOMO/LUMO). V medzimolekulových interakciách vedia analyzovať význam a dopad jednotlivých interakčných síl akými sú elektrostatické, indukčné, disperzné a pod. ako aj vodíkových, halogénových väzieb a π−π interakcií.

Forma výučby: prednáška

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia:

Týždenný počet hodín výučby - prednáška 2h, prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

• M. Iliaš, V. Kellö, M. Urban; Relativistic effects in atomic and molecular properties, Acta Physica Slovaca 60, 259-391, (2010)

• K. Balasubramanian: Relativistic Effects in Chemistry, J. Wiley, New York, 1997

• P. Pyykkö: Relativistic Effects in Structural Chemistry. Chem. Rev. 88, 563-594, (1988)

Ústna skúška pričom je bodová stupnica:A 100-92, B 91-84, C 83-76, D 75-68, E 67-60, Fx 59-0.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Predmet sa poskytuje len v zimnom semestri.

• Anomálie v periodickej tabuľke, zvláštne chovanie mincových kovov Cu, Ag, Au.

• Základné teoretické predstavy špeciálnej teórie relativity: Galileiho a Lorentzova transformácia. Diracova rovnica, 4- a 2-komponentné metódy, quasirelativistické metódy.

• Spin-orbitálna interakcia a jej význam v chémii. Klasifikácia elektrónových stavov v relativistickej chémii.

• Kombinácia relativistických efektov a efektov elektrónovej korelácie. Zaujímavosti chémie zlúčenín zlata a ďalších ťažkých atómo.

• Vplyv relativistických efektov:

na medzimolekulové interakcie; súvis s nanotechnológiou

na elektrické vlastnosti atómov a molekúl

na spektroskopické vlastnosti zlúčenín prechodných kovov, dvojatómových zlúčenín obsahujúcich ťažké p-elementy Ga až Bi, a zlúčenín obsahujúcich lantanidy a aktinidy.

• Priestor na inováciu predmetu.

• Študent sa oboznámi s dynamicky sa rozvíjajúcimi kapitolami teoretickej a počítačovej chémie kam určite patrí aj relativistická kvantová chémia. Vysvetlí sa podstata relativistic¬kých efektov a ukáže význam relativity v chémii so zvláštnym dôrazom na chémiu ťažkých prvkov. Oboznámi sa so základnými teoretickými metódami popisujúcich relativistické efekty ako aj s ďalšími aktuálnymi témami riešených vedeckých problémov – z oblasti elektrónovej štruktúry a vlastnosti molekúl.

• A.W. Naylor, G.L. Sell: Teória lineárnych operátorov v technických a prírodných vedách, Alfa Bratislava 1981

Hodnotí sa priebežná práca, odovzdávajú sa domáce zadania.

Známkovanie: A (100-92), B (91-84), C (83-76), D (75-68), E (67-60), Fx (60-0).

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

1. Spektrum samozdruženého zobrazenia, jeho vlastné vektory a ortogonálne rozvoje, aplikácie v kvantovej mechanike

2. Variačný odhad malých vlastných čísel zdola ohraničeného SA zobrazenia (hamiltoniánu)

3. Elementy teórie grúp a ich reprezentácií

80/20

• Študent sa oboznámi s týmto okruhom: metóda ortogonálneho rozkladu v kvantovej mechanike, variačná (Ritzova) metóda, elementy teórie reprezentácií Lieových grúp.

Forma výučby: seminár

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia: prezenčná

• Ľ. Treindl: Chemická kinetika, SPN Bratislava 1990

• P. W. Atkins; Fyzikálna chémia. STU, Bratislava 1999

Písomný test zo všetkých okruhov predmetu. Bodová stupnica: A 92-100, B 84-91, C 76-83, D 68-75, E 61-67, Fx 60 a menej bodov.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

1. Vzťah chemickej termodynamiky a chemickej kinetiky. 2. Vyhodnocovanie reakčného poriadku a rýchlostnej konštanty chemických reakcií. 3. Určovanie rýchlostnej rovnice. 4. Vyhodnocovanie aktivačných parametrov z teplotných závislostí rýchlostných konštánt. 5. Vyhodnocovanie vplyvu iónovej sily a teploty na rýchlostné konštanty. 6. Vyhodnocovanie vplyvu predrovnováhy na reakčné mechanizmy. 7. Vyhodnocovanie vplyvu zmeny koncentrácií H+ a halogenidových iónov na mechanizmus reakcií. 8. Návrh reakčných mechanizmov nekomplementárnych redoxných reakcií. 9. Návrhy reakčných mechanizmov reakcií medzi iónmi s niekoľkými nestabilnými oxidačnými stavmi. 10. Návrhy reakčných mechanizmov reakcií medzi iónmi a molekulami vo vodných roztokoch. 11. Návrhy reakčných mechanizmov substitučných reakcií. 12. Exotické javy v chemickej kinetike, mechanizmy oscilačných reakcií. 13. Obhajoba študentmi vybraného návrhu reakčného mechanizmu na základe rešerše z pôvodných vedeckých prác

Študent by si mal rozšíriť poznatky z chemickej kinetiky a mechanizmov chemických reakcií, naučiť sa vyhodnocovať kinetické parametre a vedieť ich aplikovať na riešenie mechanizmov chemických reakcií.

Forma výučby: seminár

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia:

Týždenný počet hodín výučby - seminár 2h, prezenčná výučba, vo výnimočných prípadoch sa vzdelávanie môže uskutočniť aj dištančne cez počítačovú aplikáciu.

MEŠKO, D. et al. Akademická príručka. Martin: Osveta 2005, 496 s. ISBN 8080632006.

ŠESTÁK, Z. Jak psát a přednášet o vědě. 1. vyd. Praha : Academia, 1999. 204 s. ISBN

80-200-0755-5.

BRADBURY, Andrew. Jak uspěšně prezentovat a přesvědčit. Praha : Computer Press,

2003. 129 s. ISBN 80-7226-424-9.

Počas semestra povinne vypracovať multimediálne prezentácie na tému záverečnej práce a minimálne 2x vystúpenie s ukážkou obhajoby ako súčasti štátnej záverečnej skúšky. Na záver semestra absolvovanie ústnej skúšky k téme obhajoby, pričom jej bodová stupnica je: A 92-100, B 84-91, C 76-83, D 68-75, E 60-67, Fx 59 a menej bodov.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

predmet sa poskytuje len v letnom semestri

Zásady správnej komunikácie a technické aspekty prezentácie

• Štrukturovanie prezentácie, ciele, motivácia, časové a obsahové rozvrhnutie

• Prezentácia kritického prehľadu literatúry

• Prezentácia prehľadu použitých metód

• Prezentácia sumarizácie výsledkov a diskusia

• Súhrnné kolokvium pred obhajobou záverečnej práce

Vzdelávacím výstupom je pripravenosť na štátnu záverečnú skúšku v predmete obhajoba záverečnej práce. Študenti/študentky nadobudnú na seminári komunikačné znalosti a zručnosti v príprave a prednese prezentácií potrebných pre obhajobu diplomovej práce.

Forma výučby: cvičenie

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 10 Za obdobie štúdia: 130

Metóda štúdia: prezenčná

Podľa pokynov vedúceho diplomovej práce.

Priebežné hodnotenie, pričom bodová stupnica je: A 91-100%, B 81-90%, C 71-80%, D 61-70%, E 51-60%, Fx <60 % bodov

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

• Spracovanie literárnej rešerše

• Voľba výpočtových metód na zadané riešenie

• Realizácia výpočtov podľa pokynov a pod dohľadom vedúceho diplomovej práce

Cvičenie je zamerané na vypracovanie projektu z odboru teoretickej a počítačovej chémie pod dohľadom vedúceho diplomovej práce.

Forma výučby: cvičenie

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 11 Za obdobie štúdia: 143

Metóda štúdia: prezenčná

Podľa pokynov vedúceho diplomovej práce.

Priebežné hodnotenie, pričom bodová stupnica je: A 92-100%, B 84-91,9 %, C 76-83,9 %, D 68-75,9 %, E 60-67,9 %, Fx <60 % bodov.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

• Realizácia výpočtov podľa pokynov a pod dohľadom vedúceho diplomovej práce

• Vypracovanie diplomovej práce

Cvičenie je zamerané na dokončenie diplomového projektu z odboru teoretickej a počítačovej chémie pod dohľadom vedúceho a vypracovanie diplomovej práce.

Forma výučby: prednáška/seminár

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2/1 Za obdobie štúdia: 26/13

Metóda štúdia: prezenčná

I. Kluvánek, L. Mišík, M. Švec: Matematika II. SVTL, Bratislava 1961.J. Ivan: Matematika 1.,2. Alfa Bratislava, SNTL Praha, 1986.

Predmet sa vyučuje len v zimnom semestri.

1) Funkcionálne postupnosti a rady. Bodová a rovnomerná konvergencia. 2) Kritéria pre rovnomernú

konvergenciu funkcionálnych postupností a radov, Weierstrassovo kritérium.3) Spojitosť súčtu funkcionálneho radu, integrovanie a derivovanie funkcionálneho radu.4) Mocninové rady. Polomer konvergencie mocninového radu a spôsob jeho výpočtu.5) Rovnomerná konvergencia vo vnútri intervalu konvergencie. Spojitosť súčtu mocninového radu, jeho derivovanie a integrácia.6) Taylorov rad. Konvergencia Taylorovho radu. Taylorov rad, resp. Maclaurinov rad elementárnych funkcií.7) Aplikácie mocninových, resp. Taylorových radov pri výpočte hodnôt funkcie a výpočte integrálov. 8) Riešenie diferenciálnych rovníc pomocou mocninových radov.9) Fourierove rady. Ortogonálne systémy funkcií. Ortogonálnosť trigonometrického systému funkcií. Stredná kvadratická odchýlka funkcií.10) Besselova nerovnosť. Konvergencia Fourierového radu podľa stredu., Parsevalova rovnosť(energetická interpretácia).11) Bodová a rovnomerná konvergencia Fourierových radov.12) Fourierov rad v komplexnom tvare, príklady. Aplikácie Fourierových radov.

Váha priebežného / záverečného hodnotenia: 100/0

A.J. Bard, L.R. Faulkner: Electrochemical Methods, John Wiley & Sons.INC, 2001.

30% hodnotenia tvorí aktivita na domácich úlohách a seminárnych prácach. Podmienkou je odovzdanie všetkých týchto častí. 70% hodnotenia tvorí ústna skúška.

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

1. Úvod do elektrochémie, Termodynamika elektrochemického článku, elektrická dvojvrstva

2. Kinetika elektródových reakcií - Tafelova rovnica a Butlerova - Volmerova teória prenosu náboja.

3. Difúzia, migrácia, konvekcia a ich vzťah k elektrochémií

4. Chronovoltamperometria, pulzná voltametria

5. Voltamperometria s lineárnym napäťovým pulzom, cyklická voltametria

6. Elektrolýza, prietoková elektrolýza

7. Simulačné metódy štúdia elektrochemických procesov

8. Elektrochémia v spojení s ďalšími technikami – spektroelektrochémia, elektrochemické STM, elektrochemické AFM

9. Procesy pri ktorých neprebieha elektródová reakcia – potenciometria, konduktometria, Impedančná spektroskopia

10. Batérie a palivové články

11. Fotoelektrochémia – fotokatalyzátory, elektrolýza vody, redukcia CO2 (umelá fotosyntéza)

12. Nové trendy v elektrochémií

Študent absolvovaním predmetu získa prehľad o základných metódach a technikách používaných v elektrochémií a ich využitie na štúdium kinetiky a mechanizmov chemických reakcií a iných fyzikálno-chemických procesoch, na kvalitatívnu a kvantitatívnu analýza vzoriek a takisto aj na environmentálne, syntetické a ďalšie aplikácie. Študent sa naučí analyzovať dáta získané meraniami a to riešením problémových úloh ako aj simuláciami jednotlivých procesov. Takisto získa prehľad o aktuálnych témach, ktorými sa elektrochémia zaoberá.

P.W. Atkins, Fyzikálna chémia, STU Bratislava, 1999, P.W. Atkins, R.R. Friedman: Molecular Quantum Mechanics, Oxford Univ. Press, Oxford 1997, M. Nepraš, M. Titz, Základy teorie elektrónových spekter, SNTL Praha 1983, G. Herzberg, Spectra of Diatomic Molecules, Van Nostrand, New York, 1950, J.M. Hollas, Modern Spectroscopy,Wiley, Chichester, 1987, J. Pišút, L. Gomolčák, V. Černý, Úvod do kvantovej mechaniky, Alfa Bratislava, 1983.

Skríningový test a ústna skúška. Pre postup na ústnu skúšku je potrebné získať v teste najmenej 51 bodov zo 100 možných. Na ústnej skúške je bodová stupnica:A 91-100, B 81-90, C 71-80, D 61-70, E 51-60, Fx 50 a menej bodov

Slovenský v kombinácii s anglickým (študijná literatúra v anglickom jazyku)

Stručná osnova predmetu:

• Interakcia hmoty so žiarením, Charakter spektier, časovo závislá poruchová teória a pravde¬podobnosť excitácie, spontánna a stimulovaná emisia. Prirodzená šírka čiar, základné usporiadanie experimentu na meranie spektier

• Kvantovochemický aparát na interpretáciu ES, RHF a ROHF SCF, Koopmansov teorém, orbitálna a geometrická relaxácia. Metódy zahrňujúce korelačnú energiu vhodné na interpretáciu spektier - CI, EOM, CC.

• Typy orbitálov v atómoch a molekulách, Orbitály v guľovo symetrickom poli - súvis s operátormi impulzmomentu, orbitály v poli s valcovou symetriou - lineárne molekuly, charakteristika MO nelineárnych viacatómových molekúl. Orbitály väzbové, antiväzbové a neväzbové - Mullikanova notácia el. prechodov.

• Výberové pravidlá, Spinové výberové pravidlá, singlet-tripletové štiepenie. Orbitálne výberové pravidlá podľa vlastných hodnôt operátorov impulzmomentu a podľa klasifikácie IR bodových grúp. Vibračné výberové pravidlá a FC princíp.

•Excitácia a relaxácia: Vlastnosti excitovaných stavov, Jablonského diagram, potenciálová hyperplocha, kónická intersekcia, Flourescencia, fosforescencia, žiarová a nežiarová relaxácia, vnútorná relaxácia, vnútorná konverzia, medzisystémový prechod, zložitejšie prípady, kvantový výťažok, doba života a rýchlostná konštanta

• Kvantovomechanický model rotačného pohybu. Tuhý a elastický rotor. Rotačné spektrá dvojatómových a lineárnych molekúl, výberové pravidlá. Sférické, symetrické a asymetrické rotory. Starkov jav.

• Malé vibrácie v klasickej mechanike, normálne vibrácie, degenerované vibrácie, vnútorné koordináty, maticová formulácia problému, FG analýza. Kvantová teória harmonického oscilátora pre jeden i viac vibračných módov.

• Vibračno- rotačné spektrá dvojatómových molekúl, anharmonicita. Vibrácie viacatómových molekúl, skupinové vibrácie, symetria vibračných módov, výberové pravidlá. Vibračno-rotačné spektrá viacatómových molekúl. Anharmonicita a vibračné štiepenie v viacatómových molekulách.

• Ramanova rotačná a vibračná spektroskopia.

• Atómová spektroskopia, Systém s jedným elektrónom - atóm vodíka, Spektrálne série v emisnom spektre H, interpretácia, spin-orbitálne štiepenie a QED pre atóm H. Viacelektrónové systémy, Skladanie momentov hybnosti viacerých elektrónov, ekvivalentné a neekvivalentné optické elektróny, Relativistické efekty - RS väzba a JJ väzba, Termy viacelektrónových systémov. Najjednoduchšie prípady spektier viacelektrónových atómov. Spektrá alkalických kovov, spektrum atómu hélia a spektrá kovov alkalických zemín, spin-orbitálna interakcia a jemná štruktúra spektrálnych čiar - zložený dublet a triplet.

• Spektrá dvojatómových a lineárnych molekúl, MO dvojatómových molekúl, symbolika spektrálnych termov a výberové pravidlá, vibračná štruktúra elektrónových pásov a Frankov Condonov princíp, rotačná štruktúra a spriahnutie rotačného a el. pohybu pre lineárne molekuly.

• Spektrá zložitejších molekúl, Spektrá molekúl typu AH2- Spektrá koordinačných zlúčenín: teória kryštálového a ligandového poľa, vysoko a nízkospinové komplexy, pásy prechodu náboja. Spektrá jednoduchých organických zlúčenín (alkány, alkény, acetón): p - elektrónová aproximácia - Huckelova metóda MO, kruhový diagram. Korelácie polohy spektrálnych čiar a vlastností substituenta,- Vibračná štruktúra spektrálnych pásov zložitejších molekúl, orbitálne zakázané prechody a nie totálne symetrické vibrácie- Vplyv prostredia na polohu čiar - hypschrómny a batochrómny posuv.

• Fotoelektrónová a Augerova spektroskopia, Zdroje žiarenia pre RES a usporiadanie experimentu, PES v UV oblasti. UPS, vibračné rozlíšenie čiar. Interpretácia PES spektier - Koopmansov teorém. PES v Röntgenovej oblasti- XPS (ESCA) - chemický posun, využitie v kvalitatívnej analýze. Augerova spektroskopia.

Čo by mal študent vedieť:

Pokročilý kurz elektrónovej a molekulovej spektroskopie je zameraný na interpretáciu rotačných, vibračných a elektrónových spektier pomocou metód teoretickej chémie. Pozornosť sa venuje vzťahu medzi spektroskopickým modelom a fundamentálnymi molekulovými parametrami. Použité sú špeciálne časti kvantovej chémie ako časovo závislá perturbačná teória, vlastnosti angulárnych momentov a ich skladanie, vybrané kapitoly teórie grúp a symetria orbitálov, QCH popis rotačného pohybu a vibračného pohybu v jednom i viacerých stupňoch voľnosti. Kurz poskytuje i prehľad jednotlivých špecifických typov spektier - čistých rotačných a rotačno vibračných, elektrónových atómových spektier, spektier dvojatómových molekúl, elektrónových spektier špecifických typov viacatómových molekúl (konjugované systémy, komplexy prechodných kovov a pod.) ako aj fotoelektrónových spektier.

Študent by mal porozumieť:

• kvantovochemickým a ostatným fyzikálno-matematickým modelom používaným v spektroskopii

• využitiu metód kvantovej chémie na interpretáciu atomových a molekulových spektier

• spôsobu interpretácie a získavania fyzikálnych parametrov z experimentálneho spektra

Forma výučby: seminár

Odporúčaný rozsah výučby (v hodinách):

Týždenný: 2 Za obdobie štúdia: 26

Metóda štúdia: kombinovaná

Súbory zozbieraných materiálov pre jednotlivé odbory, ktoré pripravia/vypracujú vyučujúci KJA

Podmienkou na absolvovanie predmetu je účasť na seminároch, systematická príprava a odovzdanie vypracovaných tém podľa dohodnutého harmonogramu.

Hodnotiaca škála je nasledovná:

A (100-92%, výborne – vynikajúce výsledky),

B (91-84%, veľmi dobre – nadpriemerný štandard),

C (83-76%, dobre – bežná spoľahlivá práca),

D (75-68%, uspokojivo – prijateľné výsledky),

E (67-60%, dostatočne – výsledky spĺňajú minimálne kritériá),

Fx (59-0%, nedostatočne – vyžaduje sa ďalšia práca navyše)

Anglický, minimálne B2 úroveň

Príprava na jazykové požiadavky príslušných študijných odborov a rozvoj všetkých

jazykových zručností na základe učebných materiálov, ktoré vypracujú, resp. pripravia

vyučujúci Katedry jazykov.

o Čítanie akademických článkov s porozumením

o Morfologicko-syntaktická analýza vedeckého textu

(používanie časov v jednotlivých častiach vedeckého článku, trpný rod, nominalizácia,

predložkové spojenia, spojky/pomlčky, hedging - predbežné tvrdenia, písanie názvov

článkov, ...)

o Sumarizácia vedeckého článku

o Prezentácia vedeckého článku

Výučba angličtiny v rámci predmetu EAP 1/English for Academic Purposes je zameraná

predovšetkým na porozumenie akademických textov v písomnej a zvukovej podobe a študent

nadobudne odbornú slovnú zásobu a techniky potrebné na rozvoj všetkých jazykových

zručností. Dôležitým cieľom je rozvíjať u študentov schopnosť študovať anglický jazyk

samostatne, resp. s minimálnou podporou učiteľa (autonómne štúdium) a motivovať ich ku

ďalšiemu samoštúdiu.