Saturday, 27 February 2010

Introduction to Modern Quantum Chemistry

Muat turun Slide Kuliah (Download Lecture Slides)
**SCES/P1200-Modern Quantum Chemistry - Part 2


************
Versi Melayu
Topik ini merupakan pengenalan dan pendedahan awal tentang kuantum kimia moden. Sebagai kesinambungan kepada topik terdahulu, iaitu sifat-sifat atom dan struktur elektronik atom daripada prespektif teori klasik fizik dan tenaga terkuanta, topik ini menjelaskan bagaimana menghubungkan sifat-sifat atom dan lokasi elektron dalam bentuk terkuanta atau dalam nilai diskrit. 

Anda boleh mengandaikan sifat elektron (sifat dualiti gelombang-partikel dan  ketakpastian Heisenberg) sebagai asas memahami lokasi suatu elektron. Tahukah anda bahawa Erwin Schrodinger begitu bijak menghuraikan elektron sebagai bersifat standing wave dalam bentuk matematik yang disebut sebagai fungsi gelombang. (Salah satu contoh standing wave adalah getaran dalam tali gitar!) Persamaan ini dikembangkan daripada satu dimensi kepada tiga dimensi (dx, dy, dan dz). 

Menggunakan persamaan yang sama, Born mentafsirkan jika fungsi gelombang ini dikuasaduakan, ia menjadi kepadatan kebarangkalian menemui elektron. Persamaan yang menarik ini membayangkan pengorbitan elektron pada atom mudah seperti hidrogen dan helium.

Seterusnya, persamaan Schrodinger ini digunakan di dalam persamaan tenaga terkuanta di mana komponen tenaga kinetik mengandungi elemen fungsi gelombang manakala tenaga keupayaan mempunyai elemen jarak elektron daripada nuklei. Persamaan ini malangnya hanya berkesan untuk perubahan lokasi yang sangat kecil sahaja.

Oleh kerana lokasi elektron berkebarangkalian berada dalam suatu bentuk sfera, maka persamaan Schrodinger yang berasaskan koordinat Cartesian ini diolah semula dengan koordinat sfera berkutub oleh Eugene Wigner. Maka fungsi gelombang ini mempunyai dua bahagian iaitu: fungsi gelombang bersudut dan fungsi gelombang berjejari.

Akhirnya, persamaan ini berkembang mengikut peringkat pengorbitan lebih kompleks dan dianggap berjaya menerangkan kebarangkalian penemuan elektron dalam suatu pengorbitan, bukannya terletak dalam orbit-orbit seperti yang disarankan oleh Borh suatu ketika dulu.

English Version
It is an introduction to modern quantum chemistry. As a continuity from previous topic, that is atomic characters and electronic structure from both classical theorem dan quantization of energy, this topic may describes how to relate atomic properties and location of electron in quantized manner. 


You may assume that electron properties (wave-particle duality, Heisenberg uncertainty etc.) to be important in understanding the location of an electron. Erwin Schrodinger was successfully derived a mathematical equation to describe electron as a standing wave. (One example of standing wave is wave in guitar string!) The equation was expanded from one dimension into three dimensional equation (dx, dy and dz).

By using the similar equation, Born was interpreted that if the wave function is squared, the product will be the probability density of finding the electron. This interesting equation manifests the orbital of electron in simple atom such as hydrogen and helium. 

Consequently, the Schrodinger equation was used in the equation related to the quantization  of energy where kinetic energy component consists of wave function element and potential energy has element of electron-nuclei distance. However, the equation only valid for very small change of delocalization.

Because of the probability of finding the electron in spherical, the Schrodinger equation that was based on Cartesian coordination, had been re-derived using spherical polar coordination by Eugen Wigner. Therefore, the wave function now has two division: angular wave function and radial wave function.

Finally, the equation was expanded for more complex and higher order of orbitals and most successful equation to describe the probability to find electron in an orbital, not located in  orbits as previously suggested Borh.








Tuesday, 9 February 2010

Covalent Catalysis (Pemangkinan Kovalen)


Muat turun Slide Kuliah (Download Lecture Slides)

***************************************
Covalent catalysis is another form of catalysis that is important in many enzymatic catalysis. In the beginning of the topic, hydrolysis of p-nitrophenyl acetate by chymotrypsin has been discussed. There are three possible reasons to the rapid initial reaction rate: (a) product inhibition, (b) conformation change and (c) product releasing and intermediate formation. 

The similar reaction has been performed in the presence of o-(N,N-dimethylaminomethyl) benzyl alcohol to mimic chymotrypsin. From the results, it is quite clear that covalent bonding was formed by nucleophilic attack to electron sink of carbonyl group. Perhaps, the nucleophilic attack was enhanced by the adjacent amino group that "deprotonating" the hydroxyl group. The intermediate is the key point to deduce the formation of covalent bonding between the catalyst and the substrate as well as producing the main product (p-nitrophenol).

There are a couple of examples of such activity: decarboxylation of acetoacetate and stereoselective nucleophilic attack to an alkene.

Hopefully, the discussion will help to understand the nucleophilic catalysis.

Tindakbalas Sebatian Aromatik - Benzena




Muat turun Slide Kuliah (Download Lecture Slides)


**********************************************

Topik terdahulu telah dibincangkan sifat fizikal sebatian aromatik, pengeluaran bahan aromatik menerusi proses penulenan (proses fizikal) dan juga peningkatan hasil melalui transformasi struktur molekul (proses kimia).

Dalam topik seterusnya ini, tindakbalas sebatian aromatik dalam skala industri akan dibincangkan secara lebih terperinci termasuk pengubahan sebatian aromatik khususnya benzena kepada struktur molekul yang dikehendaki seperti styrene, phenol, aniline dan anhydride

Styrene dihasilkan bermula daripada tindakbalas antara benzena dengan etilene bagi menghasilkan etilbenzena. Proses seterusnya adalah dehidrogenasi secara langsung yang menghasilkan styrene. Terdapat dua  jenis proses dehidrogenasi dibincangkan dengan lebih terperinci iaitu adiabatik dan reaktor tubular. 

Pengeluaran phenol tidak kurang pentingnya di mana kaedah Raschig dan kaedah Cumene dibincangkan. Perbandingan diantara kedua-dua kaedah yang popular ini dibuat berdasarkan pelaburan, bahan mentah, peratusan hasil dan juga hasil sampingan.

Tindakbalas benzena dalam keadaan tertentu untuk penghasilan nitrobenzene, aniline, anhydride dan sulphonate benzene juga dibincangkan. Ia penting untuk diketahui kerana bahan-bahan tersebut banyak sekali digunakan dalam industri pembuatan, perubatan dan surfaktan.