Ders: Fizikokimya II (MIT) (Prof. Troy Van Voorhis)

Konu özeti

5.62 Fizikokimya II (Bahar 2008)

Düzey:
Lisans

Öğretim Üyesi:
Prof. Troy Van Voorhis

Çevirmenler:
Prof. Dr. Serap Şenel
Üç-boyutlu rastgele yürüme (Şekil Ziad Ganim’in izni ile.)

Dersin Kapsamı

Seçilmiş ders notları

Sınavlar (çözümleri verilmemiş)

Dersin Tanımı

Bu ders; temel istatistiksel mekanik, öteleme özellikleri, kinetik teori, katı hal, tepkime hız teorisi ve kimyasal tepkime dinamikleri konularını kapsar.

Teşekkür

Bu ders görevlileri, bu dersin malzemelerinin; daha önceki öğreticiler, ders kitapları ve 5.62 sayılı dersle ilişkili diğer MIT Kimya Bölümü mensuplarının katkılarını içerdiğini ifade etmek isterler. İzleyen çalışmalar birçok yılı kapsayan bir dönemde ortaya çıkan gelişmeler olduğundan tamamı tek bir kaynağa atfedilemez.

Ders İzlencesi
Ders İzlencesi
Ders saatleri:
Dersler: 3 oturum/hafta, 1 saat/oturum
Uygulama : 2 oturum/hafta, 1 saat /oturum
Genel Bakış
Bu ders aşağıdaki üç ana alanı kapsayacaktır:
İstatistiksel Mekaniğin Prensipleri
- Topluluklar toplulukları ve partisyon fonksiyonları: kanonik ve mikrokanonik
- Atomik ve moleküler serbestlik derecesi: öteleme, dönme, titreşim, elektronik ve nükleer spin
- Kimyasal denge ve termodinamik özellikler: entropi, entalpi, serbest enerji, kimyasal potansiyel
- Moleküller arası potansiyeller, hal eşitlikleri
Katı Hal Kimyası
- Katılar için modeller: Einstein, Debye, metaller, yarıiletkenler
Kinetik
- Gazların kinetik teorisi: basınç, efüzyon, taşınım
- Hız teorisi: çarpışma teorisi, geçiş hali teorisi
Ders kitabı
Hill, Terrill L. An Introduction to Statistical Thermodynamics. New York, NY: Dover, 1987. ISBN: 9780486652429.
Okuma Ödevleri
Her bir ders için ilgili okunacak sayfalar birkaç standart ders kitabı temelinde listelenmiştir.
5.62'de kapsanan başlıklar (ve kapsanıldığı seviyede) için tek bir ders kitabı yeterli değildir. Sınıfa gelmeden önce her günün ders notlarına göz gezdirmek üzere 5-10 dakika ayırmanız beklenmektedir.
Ev ödevi
Problem setleri, haftalık olarak verilecektir. Problem setleri zamanında sınıfta olacaktır. Geç getirilen problem setleri kabul edilmeyecektir ancak önceden kararlaştırılan devamsızlıklar nedeniyle kaçırılan ev ödevleri için geçme notunda ayarlama yapılacaktır.
Sınavlar
Birer saatlik üç ara sınav ve üç saatlik bir genel sınav olacaktır.
Değerlendirme
AKTİVİTELER YÜZDE KATKILARI
Ev ödevi (8 problem seti) %25
Üç ara sınavı (herbiri% 15) %45
Genel sınav %30

AKTİVİTELER	YÜZDE KATKILARI
Ev ödevi (8 problem seti)	%25
Üç ara sınavı (herbiri% 15)	%45
Genel sınav	%30

Takvim

DERS #	KONULAR	ANA TARİHLER
1	Termodinamiğin Gözden Geçirilmesi
2	E, A, ve S: mikroskobik olasılıklar {Pi} için makroskobik özellikler
3	Kanonik partisyon fonksiyonu: {Pi}’yi Q ile değiştirin
4	Mikrokanonik topluluklar topluluğu: {Pi}’yi Ω ile değiştirin, Ω’ya karşı Q
5	Moleküler partisyon fonksiyonu: E’yi (topluluk), ε (molekül) ile değiştirin	1 No.lu Problem setinin verilmesi
6	Moleküler ayırt edilemezlik için düzeltilmiş Q
7	Boltzmann partisyon fonksiyonunun öteleme kısmı
8	Boltzmann, Fermi-Dirac, ve Bose-Einstein istatistikleri	2 No.lu Problem setinin verilmesi
9	Mikroskobik enerji seviyelerinden makroskobik özelliklerin hesabı: q_ötel
10	Klasik q_ötel’e karşı kuantum Eşpaylaşım İç serbestlik derecesi
11	Atom ve diatomik moleküller için iç serbestlik derecesi	3 No.lu Problem setinin verilmesi
12	Dönme partisyon fonksiyonu. Eşpaylaşım
Bir saatlik birinci sınav
13	Nükleer spin istatistiği: simetri sayısı, σ Dönme partisyon fonksiyonu için düşük T sınırı
14	q_dön ve q_tit için düşük ve yüksek-T sınırları
15	Poliatomik moleküller: dönme ve titreşim
16	Kimyasal denge I
17	Kimyasal denge II	4 No.lu Problem setinin verilmesi
18	Moleküller arası model potansiyeller
19	Konfigürasyonel integral: küme açılımı
20	Virial hal eşitliği	5 No.lu Problem setinin verilmesi
21	Katı termodinamiği: Einstein ve Debye modelleri
İkinci bir saatlik sınav
22	Einstein ve Debye katıları
23	Fononlar: 1-B lineer atom zinciri
24	Bir metalin serbest elektron teorisi
25	Metallerde ısı kapasitesi
26	Katıların band teorisi	6 No.lu Problem setinin verilmesi
27	Kristal faz dengeleri
28	Gazların kinetik teorisi: Maxwell-Boltzmann dağılımı
29	Gazların kinetik teorisi: efüzyon ve çarpışmalar
30	Gazların kinetik teorisi: çarpışma dinamiği ve saçılma	7 No.lu Problem setinin verilmesi
31	Gazların kinetik teorisi: ortalama serbest yol ve taşınım
Üçüncü bir saatlik sınav
32	Gazların kinetik teorisi: taşınım katsayıları
33	Geçiş hali teorisi I	8 No.lu Problem setinin verilmesi
34	Geçiş hali teorisi II Kinetik izotop etkisi
35	Fotonlar için istatistiksel mekanik
36	Unimoleküler tepkimelerin hızları: RRKM
Genel sınav

Okumalar

Oturumlara göre sıralanmış bir okuma programı aşağıdaki tabloda verilmektedir.

Ders Kitabı
Hill, Terrill L. An Introduction to Statistical Thermodynamics. New York, NY: Dover, 1987. ISBN: 9780486652429.

Diğer Kaynaklar

Knox, J. H. Molecular Thermodynamics. New York, NY: John Wiley & Sons, 1971. ISBN: 9780471495901.
Andrews, F. C. Equilibrium Statistical Mechanics. New York, NY: John Wiley & Sons, 1975. ISBN: 9780471031239.
Silbey, R., R. Alberty, and M. Bawendi. Physical Chemistry. 4th ed. New York, NY: John Wiley & Sons, 2004. ISBN: 9780471215042.
McQuarrie, D., and J. Simon. Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science, 1997. ISBN: 9780935702996.
Metiu, H. Physical Chemistry: Statistical Mechanics. Taylor & Francis, 2006. ISBN: 9780815340850.
Maczek, A. Statistical Thermodynamics. New York, NY: Oxford University Press, 1998. ISBN: 9780198559115.
Nash, L. Elements of Statistical Thermodynamics. 2nd ed. New York, NY: Dover, 2006. ISBN: 9780486449784.
Callen, H. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. 2nd ed. New York, NY: John Wiley & Sons, 1985. ISBN: 9780471862567.
Widom, B. Statistical Mechanics: A Concise Introduction for Chemists. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2002. ISBN: 9780521811194.
McQuarrie, D. Statistical Mechanics. 2nd ed. University Science Books, 2000. ISBN: 9781891389153.
Reif, F. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. New York, NY: McGraw-Hill, 1965. ISBN: 9780070518001.
Kittel, C. Introduction to Solid State Physics. New York, NY: John Wiley & Sons, 1986. ISBN: 9780471874744.
Mayer, J., and M. Mayer. Statistical Mechanics. New York, NY: John Wiley & Sons, 1966.
Sachs, M. Solid State Theory. New York, NY: McGraw-Hill, 1963.
Bube, R. Electrons in Solids. Burlington, MA: Academic Press, 1992. ISBN: 9780121385538.
Ibach, H., and H. Lüth. Solid State Physics. New York, NY: Springer-Verlag, 2003. ISBN: 9783540438700.
Ashcroft, N. W., and, N. D. Mermin. Solid State Physics. Saunders College, 1976. ISBN: 9780030839931.
Kauzmann, W. Kinetic Theory of Gases. Benjamin, 1966.
Houston, P. Chemical Kinetics and Reaction Dynamics. New York, NY: Dover, 2006. ISBN: 9780486453347.

Okuma Kısaltmalar
H = Hill
Mac = Maczek
Met = Metiu

DERS #	KONULAR	OKUMA SAYFALARI
1	Termodinamiğin Gözden Geçirilmesi	H: 1-6
2	E, A, ve S: mikroskobik olasılıklar {Pi} için makroskobik özellikler	H: 6-20
3	Kanonik partisyon fonksiyonu: {Pi}’yi Q ile değiştirin	H: 12-13 ve 18-20
4	Mikrokanonik topluluklar topluluğu: {Pi}’yi Ω ile değiştirin, Ω’ya karşı Q	H: 26-30 ve 33-38
5	Moleküler partisyon fonksiyonu: E’yi (topluluk), ε (molekül) ile değiştirin	H: 59-70 Mac: 16-19 Met: 49-55
6	Moleküler ayırt edilemezlik için düzeltilmiş Q	H: 68-70
7	Boltzmann partisyon fonksiyonunun öteleme kısmı	H: 74-77
8	Boltzmann, Fermi-Dirac, ve Bose-Einstein istatistikleri	H: 59-72
9	Mikroskobik enerji seviyelerinden makroskobik özelliklerin hesabı: q_ötel	H: 74-81
10	Klasik q_ötel’e karşı kuantum Eşpaylaşım İç serbestlik derecesi	H: 82-85 ve 112-115
11	Atom ve diatomik moleküller için iç serbestlik derecesi	H: 147-158 Mac: 42-53
12	Dönme partisyon fonksiyonu. Eşpaylaşım	H: 153-159 Mac: 47-53 Met: 131-142
13	Nükleer spin istatistiği: simetri sayısı, σ Dönme partisyon fonksiyonu için düşük T sınırı	H: 153-159 ve 466-472 Mac: 54-57
14	q_dön ve q_tit için düşük ve yüksek-T sınırları	H: 153-159 Mac: 51-53
15	Poliatomik moleküller: dönme ve titreşim	H: 151-153 Mac: 53 ve 58-63
16	Kimyasal denge I	H: 177-182 Mac: 77-83 Met: 179-191
17	Kimyasal denge II	H: 182-187 Mac: 83-92 Met: 191-196
18	Moleküller arası model potansiyeller	H: 261-274
21	Katı termodinamiği: Einstein ve Debye modelleri	H: 86-98
22	Einstein ve Debye katıları	H: 98-105 ve 490-495
24	Bir metalin serbest elektron teorisi	H: 441-444

Ders Notları

DERS #	KONULAR	DERS NOTLARI
1	Termodinamiğin Gözden Geçirilmesi	(PDF)
2	E, A, ve S: mikroskobik olasılıklar {Pi} için makroskobik özellikler	(PDF)
3	Kanonik partisyon fonksiyonu: {Pi}’yi Q ile değiştirin	(PDF)
4	Mikrokanonik topluluklar topluluğu: {Pi}’yi Ω ile değiştirin, Ω’ya karşı Q	(PDF)
5	Moleküler partisyon fonksiyonu: E’yi (topluluk), ε (molekül) ile değiştirin	(PDF)
6	Moleküler ayırt edilemezlik için düzeltilmiş Q	(PDF)
7	Boltzmann partisyon fonksiyonunun öteleme kısmı	(PDF)
8	Boltzmann, Fermi-Dirac, ve Bose-Einstein istatistikleri	(PDF)
9	Mikroskobik enerji seviyelerinden makroskobik özelliklerin hesabı: q_ötel	(PDF)
10	Klasik q_ötel’e karşı kuantum Eşpaylaşım İç serbestlik derecesi	(PDF)
11	Atom ve diatomik moleküller için iç serbestlik derecesi	(PDF)
12	Dönme partisyon fonksiyonu. Eşpaylaşım	(PDF)
13	Nükleer spin istatistiği: simetri sayısı, σ Dönme partisyon fonksiyonu için düşük T sınırı	(PDF) İlâve Not (PDF)
14	q_dön ve q_tit için düşük ve yüksek-T sınırları	(PDF)
15	Poliatomik moleküller: dönme ve titreşim	(PDF)
16	Kimyasal denge I	(PDF)
17	Kimyasal denge II	(PDF)
18	Moleküller arası model potansiyeller	(PDF)
19	Konfigürasyonel integral: küme açılımı	(PDF)
20	Virial hal eşitliği	(PDF)
21	Katı termodinamiği: Einstein ve Debye modelleri	(PDF) İlâve Not (PDF)
22	Einstein ve Debye katıları	(PDF)
23	Fononlar: 1-B lineer atom zinciri	(PDF)
24	Bir metalin serbest elektron teorisi	(PDF)
25	Metallerde ısı kapasitesi
26	Katıların band teorisi	(PDF)
27	Kristal faz dengeleri
28	Gazların kinetik teorisi: Maxwell-Boltzmann dağılımı	(PDF)
29	Gazların kinetik teorisi: efüzyon ve çarpışmalar	(PDF)
30	Gazların kinetik teorisi: çarpışma dinamiği ve saçılma	(PDF)
31	Gazların kinetik teorisi: ortalama serbest yol ve taşınım	(PDF)
32	Gazların kinetik teorisi: taşınım katsayıları	(PDF)
33	Geçiş hali teorisi I	(PDF)
34	Geçiş hali teorisi II Kinetik izotop etkisi	(PDF)
35	Fotonlar için istatistiksel mekanik
36	Unimoleküler tepkimelerin hızları: RRKM	(PDF)

Sınavlar

Dönem boyunca 3 sınav, dönem sonunda bir genel sınav olacaktır. Sınava, her iki yüzünü de doldurabileceğiniz kendi notlarınız ve eşitliklerin yer aldığı bir sayfa getirmenize izin verilir. “Basit” bir hesap makinesi de getirmelisiniz.

SINAV #	KONULAR	SINAV BİLGİSİ
1	1-12. Dersler	(PDF)
2	13-21. Dersler	(PDF)
3	22-31. Dersler
4	1-36.Dersler

		Düzey: Lisans Öğretim Üyesi: Prof. Troy Van Voorhis Çevirmenler: Prof. Dr. Serap Şenel
Üç-boyutlu rastgele yürüme (Şekil Ziad Ganim’in izni ile.)

Dersin Kapsamı
Seçilmiş ders notları		Sınavlar (çözümleri verilmemiş)

Dersin Tanımı
Bu ders; temel istatistiksel mekanik, öteleme özellikleri, kinetik teori, katı hal, tepkime hız teorisi ve kimyasal tepkime dinamikleri konularını kapsar.

Teşekkür
Bu ders görevlileri, bu dersin malzemelerinin; daha önceki öğreticiler, ders kitapları ve 5.62 sayılı dersle ilişkili diğer MIT Kimya Bölümü mensuplarının katkılarını içerdiğini ifade etmek isterler. İzleyen çalışmalar birçok yılı kapsayan bir dönemde ortaya çıkan gelişmeler olduğundan tamamı tek bir kaynağa atfedilemez.