Fizikai kémia és kémiai anyagszerkezettan

Physical chemistry and structural chemistry

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

2026. March 21.

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Fizikai kémia és kémiai anyagszerkezettan

Physical chemistry and structural chemistry

Tantárgykód

BMEVEFAM201

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	5	0	0
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	—	—

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

vizsga

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

Dr. Kubinyi Miklós János

elérhetőség: kubinyi.miklos@vbk.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék

Kar

Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar

Tantárgy weboldala

http://oktatas.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/fizkem/Fizikai%20kemia%20es%20kemiai%20anyagszerkezettan_MSc/

Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege

—

Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel

nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram

Kémiai anyagszerkezettan

1. BEVEZETÉS 2 óra

- Az atomok és molekulák szerkezetének jellemzése

- A kémiai szerkezetvizsgálati módszerek áttekintése

2. A KVANTUMMECHANIKA ALAPELVEI 2 óra

3. A HIDROGÉNATOM SZERKEZETE 3 óra

- A hidrogénatom Schrödinger-egyenlete.

- Pálya-impulzusmomentum, pálya mágneses momentum. Az elektronspin.

4. A TÖBBELEKTRONOS ATOMOK SZERKEZETE 3 óra

- A többelektronos atomok Schrödinger-egyenlete.

- A független részecske modell. A vektormodell.

- Az atomi színképek mérése

5. OPTIKAI SZÍNKÉPEK 2 óra

- A Born-Oppenheimer közelítés

- Az optikai színképek jellemzői

- Az optikai színképek értelmezése

6. A MOLEKULÁK FORGÓMOZGÁSA 2 óra

- A merevpörgettyû-modell. A forgó molekula kvantummechanikai elmélete

- A molekula-geometria meghatározása a forgási színképbôl

7. A MOLEKULÁK REZGŐMOZGÁSA 3 óra

- A harmonikus oszcillátor modell. A kétatomos molekula rezgőmozgása. A többatomos molekulák rezgésének elmélete

- Infravörös színképek

- Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia

8. A MOLEKULÁK ELEKTRONSZERKEZETE 4 óra

- A molekulapálya modell. Az elektrongerjesztések elmélete.

- Abszorpciós spektroszkópia. Fluoreszcencia-spektroszkópia. Kiroptikai spektroszkópiai módszerek.

9. LÉZEREK, LÉZERSPEKTROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 4 óra

- A lézerek működési elvei. Szennyezett ionkristálylézerek (Nd-YAG lézer). A lézersugár tulajdonságai

- A Raman-szórás

- A kétfoton-abszorpció

- Ultragyors spektroszkópia: gerjesztett elektronállapotok élettartamának mérése

10. AZ ATOMMAGOK ENERIGIAÁLLAPOTAI 1 óra

- A maghéj-modell

- A Mössbauer-effektus

11. A MÁGNESES MAGREZONANCIA 4 óra

- Az atommagok abszorpciója mágneses térben. A kémiai eltolódás. A spin-spin csatolás

- Oldat- és szilárdfázisú NMR spektroszkópia. Az NMR-spektrométerek működése.

12. TÖMEGSPEKTROSZKÓPIA 2 óra

- A tömegspektroszkópia elméleti alapjai

- Tömegspektrométerek

- A tömegspektroszkópia alkalmazásai: az elemi összetétel meghatározása, kis molekulák, polimerek, fehérjék szerkezetvizsgálata

13. A RÖNTGENDIFFRAKCIÓ 2 óra

- A kristályok szimmetriája

- A röntgendiffrakciós kísérlet. Az elemi cella paraméreinek meghatározása. Az atomi pozíciók meghatározása.

Fizikai Kémia és radiokémia

1. TERMODINAMIKA ISMÉTLÉS 2 óra

- Termodinamikai alapfogalmak ismétlése (belső energia, entalpia, entrópia, kémiai potenciál, stb.)

2. STATISZTIKUS TERMODINAMIKA 4 óra

- Lagrange-féle multiplikátor módszer, a Stirling formula.

- Pillanatnyi konfigurációk. A meghatározó konfiguráció.

- A Boltzmann eloszlás.

- Molekuláris állapotösszeg. Az állapotösszeg hőmérsékletfüggése.

- A belső energia és az entrópia statisztikus értelmezése.

3. BIOFIZIKA 12 óra

- Önszerveződési folyamatok élő rendszerekben, membrán-permeabilitás

- A méretmeghatározás módszerei, transzportfolyamatok alapjai

- Biomolekulák diffúziója és relaxációja, impulzustranszport a vérben

- Adhézió és súrlódás biológiai rendszerekben

- Makromolekulás kölcsönhatások vizsgálati módszerei, termokémia alkalmazása

- Receptor-szubsztrát egyensúlyok termikus jellemzése

4. RADIOKÉMIA 8 óra

- Az atommag felépítése. A magok kötési energiája. A fissziós és fúziós folyamatok értelmezése

- Radioaktivitás. Spontán magátalakulások A radioaktív bomlás kinetikája.

- Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. A sugárgyengülés makroszkopikus leírása. Ionizációs kölcsönhatások; magreakciók. A mesterséges magátalakítások kinetikája: az aktiválás időtörvénye. Az anyagnak átadott energia.

- Nukleáris reaktorok felépítése.

- A radioaktív sugárzások detektálása. A detektorok működési elve.

Az atomok és a molekulák szerkezetének leírása kvantummechanikai elvek alapján, továbbá az atomok és a molekulák szerkezetének vizsgálatára alkalmazott elméleti és kísérleti módszerek bemutatása. A biológiai rendszerekben bekövetkező önrendeződési folyamatok bemutatása, makromolekulás kölcsönhatások biofizikai módszereinek tárgyalása. Az atommagok instabilitásával kapcsolatos jelenségek, valamint azok kémiai, környezeti és energiatermelési következményeinek megismertetése

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Felső szintű matematikai tudása van (differenciálegyenletek, Fourier-analízis), amit kutatás-fejlesztési feladatok megoldásában alkalmaz Erős alapjai vannak fizikából a mechanika, a hőtan, az elektromosságtan és a kvantummechanika területén, amelyeket a műszeres technikákban és technológiai módszerekben tud alkalmazni Ismeri az atommagok instabilitásának következtében lejátszódó folyamatokat és azok kémiai és méréstechnikai alkalmazási lehetőségeit. - Elvárás, hogy ismerje a biológiai rendszerekben lejátszódó önszerveződési folyamatokat, ezek szerepét a biológiai funkciók ellátásában, ismerje az alapvető szerkezet-tulajdonságok összefüggéseket biológiai rendszerek kolloidális mérettartományában. - Elvárás, hogy ismerje a biológiai rendszerek molekuláris és kolloidális mérettartományú feltérképezésére alkalmas technikákat, ismerje azok alkalmazási határait és korlátait Ismeri az atommag eredetű sugárzások biztonsági és környezeti alapjait. Ismeri a kémiai technológiában alkalmazott, az analitikai és a szerkezetvizsgálati műszeres mérési módszereket Ismeri az anyagszerkezet elméletét, a szerkezetvizsgáló műszerek működését, a műszereket szintetikus, analitikai és technológiai munkájához kapcsoltan alkalmazni tudja.

Képességek

Szilárd és széleskörű matematikai és természettudományi ismerete van, ami a sikeres mérnöki munkához alapvető fontosságú Elvárás, hogy képes legyen a kémiai anyagszerkezettan, a biofizika, valamint a radiokémia területen a kapcsolódó törvényszerűségek, összefüggések megértésére, a megszerzett tudás alkalmazására és gyakorlati hasznosítására. A vegyészmérnöki munkához kapcsolódó analitikai és szerkezetvizsgálati módszereket ismeri, azokat alkalmazni tudja. Egyes módszerekre specializálódni tud, azok továbbfejlesztésében közre tud működni. Elvárás, hogy képes legyen a magyar és nemzetközi szakirodalomban, az interneten megjelent, a tananyaggal kapcsolatos információkat értékelni, szűrni, véleményt formálni.

Attitűd

Tudatában van a mag eredetű sugárzások környezeti hatásaival és energiatermelésre való felhasználásának lehetőségével Elvárás, hogy keresse az összefüggéseket a korábban tanultakkal. Matematikai, természettudományi és műszaki tudása szilárdan megalapozott, erre építve képes befogadni az új szakmai ismereteket

Autonómia és felelősség

Ismeri a mag eredetű sugárzások környezeti hatásait és a magok instabilitásán alapuló elvi energiatermelési lehetőségeket Döntései megalapozottak, azok előkészítése során alaposan tájékozódik, konzultál kollégáival, és külső szakértőkkel Rendszeres, alapos konzultációt folytat munkahelyi közösségének tagjaival, elősegítve a munkahelyi kollektíva, ezen belül a saját szakmai fejlődését

Oktatási módszertan

előadás

Tanulástámogató anyagok

Online források

1. a hallgató saját órai jegyzete + az intraneten található segédanyagok; 2. Kubinyi Miklós – Grofcsik András: Kémiai anyagszerkezettan (jegyzet a kari szerveren), továbbá az előadásokon használt számítógépes prezentációs anyag; 3. J. M. Hollas: Modern Spectroscopy, Wiley, 2004; 4. Tom Waigh: Applied Biophysics, John Wiley & Sons, Ltd, 2007; 5. Igor N. Serdyuk, Nathan R. Zaccai, Joseph Zaccai: Methods in Molecular Biophysics, Cambridge University Press, 2007; 6. Roland Glaser: Biophysics - An introduction, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012; 7. Barócsi Attila: A biofizika alapjai, BME TTK Atomfizika Tanszék, 2011; 8. Nagy Lajos György és LK: Radiokémia és izotóptechnika, Műegyetemi Kiadó 1997.; 9. László Krisztina, Salma Imre: A gamma-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. Bevezetés a gamma-spektrometriába. Multimédiás oktatási segédanyag. http://oktatas.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/fizkem/gamma/

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Képesség típusú kompetenciák

(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák

(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)

differenciálegyenletek, mechanika, elektromosságtan, reakciókinetika, alapfokú szervetlen kémiai és szerves kémiai ismeretek.

Általános szabályok

Követelmények: a) A szorgalmi időszakban: írásbeli teljesítményértékelés a fizikai kémia és radiokémia anyagrészből. A kémiai anyagszerkezettan részből a hallgatók három házi feladatot kapnak, amelyek a tananyag kulcspontjait kiemelő alapkérdésekből vannak összeállítva. Az aláírás feltétele: az írásbeli teljesítményértékelések eredményes teljesítése + legalább két házi feladatot határidőre, jól elkészíteni. b) A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga, ami felelet három tételből. Mindegyik tételből legalább alapszintű tudás szükséges. Pótlási lehetőségek: a TVSz rendelkezései szerint Konzultációk: a tárgy előadóival, előzetesen egyeztetett időpontban.

Teljesítményértékelési módszerek

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Kubinyi Miklós egyetemi tanár FKAT Tanszék Szilágyi András egyetemi docens FKAT Tanszék Nagyné László Krisztina egyetemi tanár FKAT Tanszék Gyarmati Benjámin egyetemi docens FKAT Tanszék

Ajánlott tantárgyak

kontakt óra 60 óra felkészülés idő a teljesítményértékelés előtt 24 óra házi feladatok - a vizsgára készülés ideje 40 óra összesen 124 óra

A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága

Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:

—

Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:

—

Tantervi elhelyezés

Kar	Képzés	Tanterv	Mintatantervi jelleg	Elsődleges
Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar	vegyészmérnöki	Vegyészmérnöki mesterképzési szak tanterve	kötelező	nem
Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar	vegyészmérnöki	Vegyészmérnöki mesterképzési szak tanterve	kötelező	nem
Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar	vegyészmérnöki	Vegyészmérnöki mesterképzési szak tanterve	kötelező	nem
Default Faculty	Default Program	Default Curriculum	—	nem