Рабочая программа дисциплины Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии
Направление подготовки
210100 – Электроника и наноэлектроника
222900 – Нанотехнологии и микросистемная техника
Предмет и методы физической химии, ее основные разделы
Физика и химия - две основные фундаментальные естественные научные дисциплины, изучающие природу. Связь химических и физических явлений. Предмет, объекты и задачи изучения физической химии. Методы физико- химических исследований.
Основные разделы физической химии: учение о строении и свойствах атомов, ионов, молекул, радикалов, природе химической связи; кристаллохимия; структурная химия; химическая термодинамика; физико-химический анализ; учение о растворах; электрохимия; химическая кинетика и катализ; учение о поверхностных явлениях; фотохимия; учение о коррозии металлов, химия высоких энергий и др.
Становление и развитие физической химии как самостоятельной научной дисциплины, основные этапы ее развития
Зарождение физической химии как самостоятельной дисциплины. Вклад М.В. Ломоносова в становление физической химии. Развитие физической химии в конце 18-го начале 19-го века. Развитие физической химии во 2-й половине 19-го и начале 20-го века (развитие атомистических представлений; становление термодинамики, развитие учений о растворах, кинетике химических реакций, электрохимии, поверхностных явлениях).
Главные особенности развития физической химии на современном этапе.
Роль физической химии в промышленности. Роль физической химии в развитии современной химической технологии. Основные физико- химические закономерности – теоретическая база технологических процессов твердотельной электроники.
Электронная структура и свойства химических элементов. Водородоподобные атомы
Волновые свойства частиц. Квантово-механическое описание атомных систем. Уравнение Шредингера. Физический смысл и свойства волновой функции.
Квантовые ямы, нити, точки. Дополнительное квантование.
Уравнение Дирака - релятивистский аналог уравнения Шредингера.
Пределы применимости квантовой механики.
Решение уравнения Шредингера для водородоподобных атомов. Дискретность энергии и момента количества движения: En = me4/2ħ2n2, M = ħ[l(l+1)]1/2, Ml = mħ. Спин электрона Ms = ħ[s(s+1)]1/2, s = 1/2. Квантовые числа – n, l. m, s, j.
Атомные орбитали водородоподобных атомов. Пространственное распределение электронной плотности. Электронные слои и оболочки. Понятие электронного облака. s-, p-, d- и f- состояния. Радиальное распределение электронной плотности, орбитальные радиусы.
Электронная структура и свойства химических элементов. Многоэлектронные атомы
Уравнение Шредингера для многоэлектронных атомов {[To + Uen] + Uee + Hso] = E). Одноэлектронное приближение, cамосогласованные атомные функции. Принцип запрета Паули. Волновая функция системы тождественных частиц. Бозоны, фермионы. Принцип антисимметрии для волновой функции.
Спин-орбитальное и межэлектронное взаимодействия. Правила сложения моментов при LS- и jj-связи. Правила Хунда. Атомные орбитали и квантовые числа многоэлектронных атомов. Электронные конфигурации и термы (2S+1LJ). Электронные слои и оболочки.
5. Периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева и свойства элементов
Последовательность энергетических уровней. Периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева. Периоды и группы. s- и p-элементы. Переходные элементы.
Орбитальный
и спиновый магнетизм электронной
оболочки одноэлектронных и многоэлектронных
атомов. Д
иамагнетики
и парамагнетики. Магнитные свойства
ионов переходных элементов.
Химическая связь и ее характеристики
Определение, основные параметры и теории химической связи. Энергия химической связи, кратность (порядок) связи, длина и угол связи, полярность связи. Электрический дипольный момент и поляризуемость связей, молекул. Энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность атомов. Связь степени ионности связи с ЭО атомов. Валентность и степень окисления элементов.
Первые электронные теории химической связи Косселя и Льюиса. Квантово-механические теории химической связи.