微觀化學世界-初階基礎課程
Teacher: 大偉 李

2013/10/28 ~ 2013/12/22
13 Hour/10 Week(Course is Time End)

Summary

化學是以實驗為基礎的科學,原理會隨著新實驗技術及新物理理論的產生而隨之修正。有趣的是化學舊的原理就不會因為 新的理論的成立而完全被推翻,而且新理論還常需要舊原理的幫忙才能讓人看得到更完整的微觀世界。本課程將從電子的總數、分布的幾何空間及運動的模式來解釋 原子及分子的化學活性的來源,並進而解釋微觀分子世界的光電磁現象的原理。

Course Object

  • 瞭解電子在原子中運動的幾何形狀,並能計算不同運動的電子能量。
  • 瞭解電子的運動狀態如何影響原子的活性,並能清楚解釋週期表上原子的特性。
  • 瞭解古典分子模式的化學鍵模型(包括離子鍵與共價鍵),並能清楚繪製路易士結構(Lewis Structure)。
  • 瞭解分子的共振結構,並能清楚計算Formal Charge來辨別其穩定性。
  • 瞭解利用「電子對排斥理論」從 Lewis Structure預測此分子的3D立體結構。
  • 瞭解「價鍵理論」如何在 Lewis Structure模式下,將原子軌域與古典分子模行進行完美的混成。
  • 瞭解「分子軌域理論」建立出化學鍵的新模型。
  • 利用「分子軌域理論」解釋分子顏色、導電性與磁性的由來。

Course Teacher Intro

本課程授課教師為李大偉博士。
 
學歷:國立清華大學化工學士。羅徹斯特大學化工博士。
經歷:中央研究院化學所博士後研究。國立交通大學應用化學系助理教授。
專長領域:統計熱力學、分子動力的MC及MD電腦模擬及計算化學模擬軟體。
教學經驗:15年教學經驗,教過的課程包括普通化學、化學資訊、計算機概論、生活化學、化工熱力學及工程數學。
教學獎勵獲獎記錄:國立交通大學97學年優良教學獎及100學年傑出教學獎。

Course Schedule

1 Section:新原子模型的需求與量子理論的雛形
2 Section:薛丁格方程式、波函數與氫原子的軌域
3 Section:單電子與多電子原子軌域的差異
4 Section:原子軌域的應用:八隅體、週期表與化學鍵的形成
5 Section:八隅體的應用:離子鍵、共價鍵與路易士結構
6 Section:分子的幾何形狀與價鍵理論
7 Section:新分子模型的需求與分子軌域理論
8 Section:分子軌域理論的應用:顏色、導電與磁性

Course Content

本課程分為兩大部份,每一部份各分為四大單元。第一部份介紹如何利用量子力學瞭解原子與電子相互吸引的能階 與電子運動的波函數,並進而利用波函數所得到原子軌域解釋八隅體的合理性,元素的週期特性及分子軌域形成的原理;第二部份則是介紹如利用八隅體及分子軌域 不同的理論分別解釋分子化學鍵的複雜性。

Course Mode

本課程分為兩大部份,每一部份各分為四大單元,每個單元將由數個小單元所組成,每個小單元提供一段10~30分鐘的視頻影片。每一週課後有1~2個小練習 (放置於「作業測驗」中),如同模擬小考讓同學在真正進小考前有心理準備。小練習全部不計在總成績中,但可能在小考或期中考或期末考出現。每個小練習都有 可有10次練習的機會,若有任何問題歡迎同學在「小考練習區討論」。
 
本課程每個單元的學習總時間以一週為限,第2、3、4、5、6、7週皆有小考。
 
本課程於完成第四單元後,即進行期中考;在完成第八單元後,即進行期末考。

小考、期中考與期末考皆有2次考試機會,小考的時限為30分鐘而期中期末考的時限為60分鐘。所有的考試皆取最高分的紀錄當成該次考試的分數。

Course Grade

  • 每次小考最高分為100分佔總成績的10%。此堂課總共有6次小考,所有小考佔總成績60%。
  • 期中考最高分為100分佔總成績的20%。
  • 期末考最高分為100分佔總成績的20%。

 

  • 額外加分:討論區的活動次數最多加總成績10分,加分公式如下:
  • 張貼與回覆文章次數
    • 回覆 10-20 篇加2分
    • 回覆 20-30 篇加4分
    • 回覆 30-40 篇加6分
    • 回覆 40-50 篇加8分
    • 回覆 50篇以上加10分
  • 被按讚次數
    • 被按 10-20 個讚加2分
    • 被按 20-30 個讚加4分
    • 被按 30-40 個讚加6分
    • 被按 40-50 個讚加8分
    • 被按 50個讚以上加10分
  • 老師每按一次讚加2分
  • ※全部加分超過若超過10分. 則以10分計算

Grade Required


Course grade pass:60   Grade Memo:max grade 100 point

Course Ability

高一化學、熟悉三角函數與其圖形、熟悉指數與對數函數與其圖形及微積分

Course Suggest

本課程提供上課講義,不需額外購買教科書。學習者仍可參考坊間書局或以下推薦之統計相關書籍,以獲得更豐富及更深入的學習內容。

Course Q&A

(1) 問:此課程完成後是否提供相關證書?
      答:是。總成績超過(含) 60分者,可獲得一紙「修課通過證明」。


(2) 問:哪種人適合上此課?
      答:只要對週期表好奇或對下列問題感興趣者,皆適合來上此課:

  • 電子到底如何在原子核旁運動呢?
  • 為什麼有些元素活性特別強,容易產生化學反應;有些元素卻特別穩定,可以單獨存在?
  • 電子到底如何幫忙原子結合成分子?
  • 分子為什麼會有顏色?
  • 分子為什麼有磁性?
  • 分子為什麼能導電?


(3) 問:此課程需要很強的數學背景知識嗎?
      答:不需要太強。但還是要對三角函數、指數函數、對數函數及簡單微積分擁有基本觀念。
              如果對課程中的數學感到學習困難,每單元的參考資料將會放入與該單元相關的
              數學教學影音檔或超連結。

 

(4) 問:請問兩岸的專業術語翻譯不同會不會影響我的學習?
      答:雖然兩岸的專業術語翻譯有些許不同,但本課程在專有名詞或人名旁將放上原文以供參考。