Chemia informatyczna 0600-S1-Spec-CI
Na pełną specjalizację Chemia informatyczna składają się przedmioty do wyboru oraz przedmioty obowiązkowe.
Przedmioty do wyboru:
1.Podstawy Użytkowania Systemu Linux – Laboratorium komputerowe 20 godz. – 2 punkt ECTS
2. Wstęp do programowania – Wykład 20 godz., – 1 punkt ECTS
3. Modelowanie Molekularne Metodami Chemii Kwantowej – Wykład 30 godz., - 2 punkty ECTS
4. Symetria cząsteczek i jej znaczenie w chemii – Wykład 20 godz., – 1punkt ECTS
Przedmioty obowiązkowe:
1. Wstęp do Programowania – Laboratorium 45 godz. - 3 punktu ECTS
2. Modelowanie Molekularne Metodami Chemii Kwantowej --45 godzin, 3 punkt ECTS
PEŁNY OPIS:
Laboratorium komputerowe: Wstęp do Programowania
1. Reprezentacja informacji w komputerze
2. Wiadomości wstępne o językach programowania (Fortran, C/C++, Pascal, inne)
3. Ogólna struktura programu (budowa programu; pliki źródłowe, obiektowe, biblioteki; rozszerzenia plików; przykładowy program w języku Fortran)
4. Typy danych (całkowity, rzeczywisty, logiczny, znakowy)
5. Zmienne i stałe
6. Struktury danych (tablice jedno- i wielowymiarowe)
7. Operatory (arytmetyczne, logiczne, znakowe, relacji)
8. Budowanie wyrażeń
9. Instrukcje (przypisania, warunkowa, skoku, iteracyjna, decyzyjna)
10. Podprogramy
11. Operacje wejścia/wyjścia (operacje na plikach; obsługa plików tekstowych i binarnych)
12. Zewnętrzne biblioteki
13. Struktury dynamiczne (wskaźniki, tablice dynamiczne, stosy, kolejki, drzewa)
14. Proces budowania programu (pisanie kodu, kompilacja, konsolidacja)
15. Błędy obliczeń numerycznych
16. Wybrane zagadnienia z metod numerycznych: całkowanie numeryczne, rozwiązywanie układów równańliniowych i nieliniowych.
Laboratorium komputerowe: Modelowanie Molekularne Metodami Chemii Kwantowej,
1. Specyfikacja geometrii cząsteczki. Konstruowanie cząsteczki za pomocą programu MOLDEN. Macierz Z.
2. Podstawy programu GAMESS. Przygotowanie danych wejściowych, analiza plików wynikowych.
3. Bazy funkcyjne. Bazy standardowe oraz bazy z bibliotek internetowych. Modyfikacja baz. Bazy skontraktowane i rozkontraktowane. Zależność końcowych wyników od wyboru bazy.
4. Optymalizacja geometrii. Geometria-Energia-Optymalizacja.
5. Analiza drgań normalnych (częstości), widma IR.
6. Analiza konformacyjna. Znajdowanie struktur w minimach energetycznych poprzez startowanie z różnych konformerów.
7. Określanie przestrzennej budowy związków organicznych metodą Hartree-Focka.
8. Testowanie różnych metod i baz do obliczeń geometrii. Metody HF, DFT(B3LYP, B3PW91. Bazy STO-3G, 3-21G, 6-31G, 6-31G*, 6-31G** itp., metody półempiryczne.
9. Orbitale molekularne obsadzone i wirtualne.
10. Analiza struktury i trwałości karbokationów metodą ab initio.
11. Energie reakcji chemicznych i ciepło reakcji. Stałe równowagi.
12. Mechanizmy i ścieżki reakcji.
13. Analiza populacyjna, mapy gęstości.
Podstawy Użytkowania Systemu Linux – laboratorium:
Ogólne cechy systemu Linux. Porównanie systemów Linux i Windows. Zalety systemu Linux. Idea otwartej licencji oprogramowania. Dystrybucje systemu Linux. Środowisko graficzne: Logowanie do systemu Linux, środowisko KDE, środowisko GNOME, przygotowanie pulpitu do pracy. Powłoki systemu Linux. Użytkownik, grupa i inni. Praca z system plików i katalogów: struktura drzewa, nazwy plików i katalogów, pliki ukryte, katalogi specjalne, przeglądanie zawartości katalogów, tworzenie, przenoszenie, kopiowanie, usuwanie plików i katalogów, wyszukiwanie plików i wzorców w plikach, dowiązania, historia poleceń. Podręcznik systemowy (manual). Uprawnienia. Edytor tekstu vi. Zarządzanie procesami: wyświetlanie listy procesów, zmiana priorytetów procesów, uruchamianie procesów w tle. Linux w praktyce: potoki, strumienie, aliasy, zmienne środowiskowe, montowanie urządzeń, uruchamianie aplikacji z okna terminala. Archiwizacja i kompresja plików. Komunikacja i usługi internetowe. Tworzenie skryptów. Kompilacja i uruchamianie programów stworzonych w języku Fortran, C, Pascal. Przegląd najważniejszych programów użytkowych: pakiety biurowe, przeglądarki internetowe, przeglądarki plików pdf, przeglądarki plików graficznych, programy graficzne, multimedia. Nauka instalacji podstawowych pakietów i bibliotek numerycznych obliczeniowej chemii kwantowej.
Wstęp do programowania – wykład:
1. Repre 1. Pr
2. Wiadomości wstępne o językach programowania (Fortran, C/C++, Pascal, inne)
3. Ogólna struktura programu (budowa programu; pliki źródłowe, obiektowe, biblioteki; rozszerzenia plików; przykładowy program w języku Fortran)
4. Typy danych (całkowity, rzeczywisty, logiczny, znakowy)
5. Zmienne i stałe
6. Struktury danych (tablice jedno- i wielowymiarowe)
7 Operatory (arytmetyczne, logiczne, znakowe, relacji)
8. Budowanie wyrażeń
9 Instrukcje (przypisania, warunkowa, skoku, iteracyjna, decyzyjna)
10. Podprogramy
11. Operacje wejścia/wyjścia (operacje na plikach; obsługa plików tekstowych i binarnych)
12. Zewnętrzne biblioteki
13. Struktury dynamiczne (wskaźniki, tablice dynamiczne, stosy, kolejki, drzewa)
14. Proces budowania programu (pisanie kodu, kompilacja, konsolidacja)
15. Błędy obliczeń numerycznych
16.. Wykorzystanie poznanych pojęć do programowania algorytmów znanych z wcześniejszych etapówt studiów: całkowanie numeryczne, rozwiązywanie układów równań liniowych, rozwiązywanie równań nieliniowych.
Modelowanie Molekularne Metodami Chemii Kwantowej – wykład:
Przybliżenie Borna-Oppenheimera; powierzchnia energii potencjalnej; punkty stacjonarne. Optymalizacja geometrii układów molekularnych; optymalizacja stanów przejściowych; ścieżki reakcji. Metody wariacyjne: przybliżenie jedno-elektronowe, metoda Hartree-Focka (HF); metody RHF i UHF; realizacja ab initio i półempiryczne metody HF. Bazy funkcyjne w obliczeniach ab initio. Orbitale molekularne, gęstość elektronowa, analiza populacyjna. Sposoby wizualizacji. Wiązanie chemiczne: mapy różnicowe gęstości elektronowej; orbitale HF i zlokalizowane; metody lokalizacji orbitali; indeksy rzędów wiązań i ładunków. Teoria funkcjonałów gęstości i metoda Kohna-Shama. Praktyczne aspekty obliczeń DFT; wybór funkcjonału korelacyjno-wymiennego. Reaktywność chemiczna. Modelowanie reakcji chemicznych. Wielkości termodynamiczne. Stałe równowagi i szybkości reakcji. Spektroskopia oscylacyjna.
Symetria cząsteczek i jej znaczenie w chemii – wykład:
Symetria w chemii. Elementy symetrii i operacje symetrii. Grupy, podgrupy, klasy. Symetria cząsteczek i grupy punktowe. Reprezentacje grup, reprezentacje macierzowe i podstawowe twierdzenia teorii reprezentacji grup. Reprezentacje redukowalne i nieredukowalne. Charaktery. Tabele charakterów. Iloczyn prosty reprezentacji. Teoria grup w mechanice kwantowej. Symetria orbitali molekularnych i orbitale symetrii. Przykład: orbitale symetrii w metodzie Huckla. Symetria termów atomowych, termów kompleksów metali przejściowych i termów molekuł wieloatomowych. Reguły wyboru przejść elektronowych. Drgania cząsteczek i ich symetria. Drgania normalne i wyznaczanie ich symetrii. Reguły wyboru przejść oscylacyjnych. Zastosowania: symetria drgań w cząsteczkach i analiza drgań normalnych, symetria funkcji falowych i metoda orbitali molekularnych. Zmiany w widmach oscylacyjnych wywołane obniżeniem symetrii cząsteczek. Symetria a przebieg reakcji. Reguły Woodwarda-Hoffmana.
Całkowity nakład pracy studenta
Efekty uczenia się - wiedza
Efekty uczenia się - umiejętności
Efekty uczenia się - kompetencje społeczne
Metody dydaktyczne
Wymagania wstępne
Kryteria oceniania
Egzamin pisemny (60 %), laboratorium (40%)
niezaliczony - 0-49
dostateczny - 50-60 %
dostateczny plus - 61-65 %
dobry - 66-75 %
dobry plus 76-80 %
bardzo dobry - 81-100 %
Praktyki zawodowe
nie dotyczy
Literatura
Literatura obowiązkowa:
[1] A. Robbins, UNIX – podręcznik użytkownika, Wydawnictwo RM, Warszawa 2000
[2] D. Chrobak, Fortran – praktyka programowania, Wydawnictwo MIKOM, Warszawa 2003
[3] L. Piela, Idee Chemii Kwantowej, PWN 2012, Warszawa
[4] M. Doskocz i inni, Modelowanie molekularne w chemii organicznej, Wydawnictwo PW, Wrocław 2007
[5] Notatki własne wykładowców
Literatura uzupełniajaca:
[1] P. P. Silvester, System operacyjny Unix, WNT, Warszawa, 1990
[2] A. Hinchliffe, Modelling Molecular Structures, John Wiley & Sons, New York 1995
[3] A. Hinchliffe, Computational Quantum Chemistry, John Wiley & Sons, New York 1995
[4] F. Jensen, Introduction to Computational Chemistry, Wiley 2008
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: