K

1
Kémiai anyagszerkezettan
Eloadó Kubinyi Miklós Tel [phone],268
(MFI), 463-1484 (BME) kubinyi_at_mail.bme.hu
2
Tananyag az oktatas szerverenhttp//oktatas.ch.
bme.hu/oktatas/konyvek/fizkem/kasz/
?eloadás Tananyag13 ?jegyzet Tananyag05
3
Tananyag

• I. BEVEZETÉS (Bevez05)
• II. A KVANTUMMECHANIKA AXIÓMÁI (Axiom05)
• III. A HIDROGÉNATOM SZERKEZETE (H_atom05)
• IV. A TÖBBELEKTRONOS ATOMOK ELEKTRONSZERKEZETE
  (Tobbel05)
• V. OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (Optsp05)
• VI. A MOLEKULÁK FORGÓMOZGÁSA (Forgo05)
• VII. A MOLEKULÁK REZGOMOZGÁSA (Rezgo05)
• VIII. A MOLEKULÁK ELEKTRONSZERKEZETE (Molel05)
• IX. FOTOELEKTRON-SPEKTROSZKÓPIA (UPSXPS05)
• X. LÉZEREK, LÉZERSPEKTROSZKÓPIAI MÓDSZEREK
  (Lezer05)
• XI. AZ ATOMMAGOK ENERIGIAÁLLAPOTAI
  (Magszerk05)
• XII. A MÁGNESES MAGREZONANCIA
• XII. AZ ELEKTRONSPIN-REZONANCIA
• XIV. TÖMEGSPEKTROSZKÓPIA (Tomegsp05)
• XV. A RÖNTGENDIFFRAKCIÓ (Rontg05)

4
Vegyészmérnök MSc Fizikai Kémia és Kémiai
Anyagszerkezettan (BMEVEFAM201) Fizikai Kémia
eloadások Szerda 0815-1000 (CH308) Statisztiku
s termodinamika (Dr. Rolik Zoltán, 3
hét) Felületek, elegyek (Dr. Szilágyi András, 6
hét) Radiokémia (Dr. László Krisztina, 4 hét)
5
Fizikai Kémia

• Fizikai Kémia I. - egyensúlyok (fázisegyensúlyok,
  kémiai egyensúlyok)
• Fizikai Kémia II. - változások (reakciókinetika,
  transzportfolyamatok)
• Fizikai Kémia III. - szerkezet (molekulák
  szerkezete, anyagok szerkezete)

6
(No Transcript)
7
Bevezetés I.Példák kémiai szerkezetvizsgálati
feladatokra
8
Cariprazine RHG 188
É. Ágai-Csongor et al., Bioorganic Medicinal
Chemistry Letters 22 (2012) 34373440
9
É. Ágai-Csongor et al., Bioorganic Medicinal
Chemistry Letters 22 (2012) 34373440
10
Gyógyszer-hatóanyag polimorf módosulatai
T.-J. Park, Bull. Kor. Chem Soc. 30, 2007-2010
(2009)
11
Gyógyszer-hatóanyag polimorf módosulatai
12
Gyógyszer-hatóanyag polimorf módosulatai
13
Elektrokémiai szenzor hatóanyaga
BME 44 koronaéter Kálium ionnal komplexet
képez. Szelektív! Orvosi, biológiai minták
káliumtartalmát meghatározó muszerben alkalmazzák
(HORIBA)
14
Szerkezeti képlet A koronaéter-gyuru
geometriája K- BME44 szupramolekuláris komplex
szerkezete (koordanatív kötések, töltéseloszlás)
15
(No Transcript)
16
Szénhidrogén konverziója Pt-katalizátorral
Kiindulási anyag n-oktán Termékek i-oktán
(motorbenzinben elonyös), aromások (káros) Az
ötvözo anyag hatására megváltozik a
termékösszetétel
17
Az ötvözet elemi összetétele Felületi
összetétel Felületen megkötodo szénhidrogének
kimutatása
18
1.1. Bevezetés a spektroszkópiába
19
A molekuláknak és a többi mikrorészecskének
szerkezetét a kvantummechanika írja le. A
kvantummechanika alapveto törvényeit az 1920-as
években ismerték fel. Elozmény néhány kísérlet,
amely a klasszikus fizikának ellentmondó
eredményre vezetett.
20
Joseph Fraunhofer kísérlete 1815
A Nap fényét optikai rácson felbontotta. A
folytonos színképben fekete vonalakat észlelt.
21
(No Transcript)
22
Magyarázat ? a Nap folytonos sugárzást ad ? ? a
Napot és a Földet körülvevo gázburok molekulái
csak bizonyos hullámhosszú/frekvenciájú fotonokat
(fénykvantumokat) nyelnek el. ? ? ? Az A molekula
a rá jellemzo ?A1, ?A2... a B molekula a rá
jellemzo ?B1, ?B2... ? ? ? ? Ezért az A molekula
energiája ?EA h??A1, h??A2 energiakvantumokk
al változhat, a B molekuláé ?EB h??B1, h??B2
energiakvantumokkal, stb.
23
A mikrorészecskék fizikai sajátságai közül
egyesek - köztük az energiájuk - csak bizonyos
meghatározott - kvantált - értékeket vehetnek
fel. Erre utal a kvantummechanika elnevezés.
24
EGYSUGARAS UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROMÉTER
25
Oxazin 1
N
C
H
2
5

C
H
2
5
O
N
N
-
C
H
2
5
ClO
C
H
4
2
5
26
Oxazin 1 UV-látható abszorpciós spektruma
27
1.2. Bevezetés a kvantummechanikába
28
Erwin Schrödinger Quantisierung als
Eigenwertproblem (1926)
29
A Schrödinger-egyenlet
A kvantummechanika legfontosabb összefüggése!
(Röviden
)
30
Differenciálegyenlet a molekulát alkotó atommagok
és elektronok helykoordinátái szerinti
differenciálhányadosokat tartalmaz ezen
koordináták közös jelölése ??
31
Pl. H2S molekula esetében ?
(magok)
(elektronok)
32
Hamilton-operátor
Az operátor függvényen végzett muveletet jelöl
ki. A Hamilton-operátor több tagból áll, amelyek
közül egyesek a magok és az elektronok
térkoordinátái szerinti parciális deriválást
tartalmaznak.
?(?) a molekula állapotfüggvénye E a molekula
energiája
33
A differenciálegyenletek megoldásai
függvények. A Schrödinger-egyenlet megoldásai a
?1(?), ?2(?), ?3(?)... állapotfüggvények és a
hozzájuk tartozó E1, E2, E3... energia-sajátértéke
k
34
Az állapotfüggvény jelentosége I.
A ?molekula ?-ik állapotát jellemzo ??(?)
állapotfüggvény megadja, hogy a tér egyes
pontjaiban mekkora az elektronok és a különféle
atommagok tartózkodási valószínusége. Ebbol
leszármaztatható - a magok elhelyezkedését
jellemzo kötéstávolságok, kötésszögek
(molekulageometria) - az atomok parciális
töltései (reakciókészséghez fontos) - kémiai
kötések erossége
35
Az állapotfüggvény jelentosége II.
Elméleti úton számítható a spektrum!
36
Elnyelési (abszorpciós spektrum) a fényelnyelés
intenzitása a fény frekvenciájának
függvényében. Kibocsátási (emissziós) spektrum
a fénykibocsátás intenzitása a fény
frekvenciájának függvényében.
37
Az állapotfüggvény jelentosége II.
Elméleti úton számítható a spektrum!
Az elnyelési frekvenciákat a kiindulási állapot
(? ) és a végállapot (?) energiájának különbsége
határozza meg E? - E? h?? ? A spektrumvonal
intenzitása arányos a két állapot (? és ?)
közötti sugárzásos átmenet valószínuségével,
amely kiszámítható, ha ismerjük a molekula
állapotfüggvényét kiindulási állapotban (??(?))
és a végállapotban (??(?)).
38
1.3. A kémiai szerkezetvizsgálati módszerek
áttekintése
39
NMR Laboratórium
40
Az elektromágneses sugárzás tartományai
106
108
1010
1012
1014
1016
1018
1018
1020
1022
?Hz
rádió-hullámú
mikrohullámú
infravörös
látható
ultraibolya
röntgen
gamma
41
106
108
1010
1012
1014
1016
1018
1018
1020
1022
?Hz
rádió-hullámú
mikrohullámú
infravörös
látható
ultraibolya
röntgen
gamma
OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése)
42
106
108
1010
1012
1014
1016
1018
1018
1020
1022
?Hz
rádió-hullámú
mikrohullámú
infravörös
látható
ultraibolya
röntgen
gamma
OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése)
NMR SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése)
43
106
108
1010
1012
1014
1016
1018
1018
1020
1022
?Hz
rádió-hullámú
mikrohullámú
infravörös
látható
ultraibolya
röntgen
gamma
OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése)
NMR SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése)
FOTOELEKTRON SPEKTROSZKÓPIA (molekulák ionizálása)
44
106
108
1010
1012
1014
1016
1018
1018
1020
1022
?Hz
rádió-hullámú
mikrohullámú
infravörös
látható
ultraibolya
röntgen
gamma
OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése)
NMR SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése)
FOTOELEKTRON SPEKTROSZKÓPIA (molekulák ionizálása)
MÖSSBAUER SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése)