Introduktion till beräkningskemi

Kursen är inplacerad på nivån 90-120 högskolepoäng för kandidatexamen. Den räknas som kurs på avancerad nivå för masterexamen och kan även läsas som fristående kurs.

Kursen kan ingå i följande program: 1) Kemi, masterprogram (N2KEM), 2) Organisk kemi och läkemedelskemi, masterprogram (N2KEL) och 3) Kemi, kandidatprogram (N1KEM).

För tillträde till kursen krävs godkända kurser inom det naturvetenskapliga fältet om 90 hp (eller godkända kurser inom farmaci/medicin om 120 hp). Dessa kurser ska inkludera kurs KEM040, Fysikalisk kemi (15 hp), alternativt kurs FYP203, Kvantfysik A (7,5 hp) eller motsvarande kunskaper. Matematikkunskaper motsvarande minst kurs MMGK11, Naturvetarmatematik A1 (15 hp) rekommenderas.

Kursen behandlar beräkningskemiska metoder med en tydlig fokus på deras användning för att lösa kemiska problem. Följande ämnen kommer att behandlas:

• Kvantmekanik och kemi, potentialytans centrala roll
• Kvantmekanikens grundvalar: vågfunktion, operatorer, Schrödingerekvation
• Tre nivåer att bedriva beräkningskemi: ab-initio-metoder, semiempiriska metoder, molekylmekanik
• Oberoende elektroner: Orbitaler, självkonsistenta fält (SCF), Hartree-Fock-metoden

• Numerisk beskrivning av orbitalerna: Basfunktioner
• Elektronkorrelation: beskrivning och konsekvenser för molekylers beteende, inkludering av elektronkorrelationen i vågfunktionen
• Dagens standardmetod inom kvantkemin: Täthetsfunktionalteori (DFT) – grundläggande idéer, praktisk implementering, styrkor och begränsningar
• Att navigera på potentialytan: Geometrioptimering, konformationssökning, skanning, molekylära vibrationer
• Undersökning av reaktionsförlopp, termokemi
• Bortom potentialytan: Beräkning av molekylära egenskaper, analys av vågfunktioner
• Semiempiriska metoder: grundidéer, aktuella exempel, typiska tillämpningar
• Modellering för stora system: Molekylmekanik, kraftfält, deras uppbyggnad och klassificering
• Simulering under realistiska villkor: molekyldynamik (MD) och Monte-Carlo (MC)-metoder, lösningsmedel
• Tillämpningar av molekylmodellering i läkemedelsutvecklingen: virtual screening, dockning, proteinmodellering
• Visualisering, molekylgrafik
• Artificiell intelligens (AI) och beräkningskemi

Efter godkänd kurs skall studenten kunna:

Kunskap och förståelse

• förklara beräkningskemins roll inom kemin och dess potential att lösa kemiska problem och redovisa för potentialytans roll i sammanhanget
• förklara principerna bakom ab-initio-metoder, semiempiriska metoder och molekylmekanik och redovisa för deras egenskaper och begränsningar
• beskriva idén bakom oberoende-elektroner-approximationen, självkonsistent fält och Hartree-Fock-metoden
• förklara elektronkorrelationen och dess inverkan på kemiska system och processer samt översiktligt beskriva hur elektronkorrelationen kan inkluderas i vågfunktionen
• förklara principen bakom täthetsfunktionalteorin (DFT) och Kohn-Sham (KS) - formalismen samt beskriva de approximationer som används i praktiska DFT-beräkningar
• förklara de steg som leder från beräkningsresultat till mätbara termokemiska storheter
• förklara i huvuddrag hur elektriska och magnetiska egenskaper beräknas
• förklara idén bakom molekylmekanik samt redovisa för olika typer av molekylärmekaniska kraftfält och deras potentiella tillämpningar
• förklara principerna för molekyldynamiska (MD)- och Monte-Carlo (MC)-beräkningar och deras möjliga tillämpningar
• redovisa hur artificiell intelligens används i dag i samband med beräkningskemiska metoder

Färdigheter och förmåga

• lägga upp en beräkning för ett givet problem och välja lämpliga beräkningsmetoder samt motivera valet,
• använda kvantkemiska beräkningar för att undersöka en enklare reaktions termokemi och reaktionsmekanism,
• sätta upp MC- och MD-beräkningar på ett lämpligt sätt och analysera resultat från dessa beräkningar
• använda visualiseringsmetoder effektivt
• presentera resultaten från en beräkning i skriftlig form

Värderingsförmåga och förhållningssätt

• tolka resultaten från beräkningskemiska undersökningar och sätta dem i samband med experimentella resultat
• uppmärksamma och redovisa potentiella problem för beräkningen på vissa typer av molekyler eller processer
• kritiskt bedöma pålitligheten av de erhållna resultaten

Delkurs 1: Undervisningen sker i form av föreläsningar och seminarier.
Delkurs 2: Undervisning sker i form av datalaborationer och inkluderade redovisningar.

Samtliga moment i delkurs 2 är obligatoriska.

Delkurs 1: Kunskapskontroll sker genom skriftlig tentamen.

Delkurs 2: Kunskapskontroll baseras på aktivt deltagande i laborationerna och skriftliga redovisningar.

Om en student som har underkänts två gånger på samma examinerande moment önskar byta examinator inför nästa examinationstillfälle ska en sådan begäran bifallas om det inte finns särskilda skäl däremot (6 kap. 22 § HF).

Om en student har fått besked om pedagogiskt stöd från Göteborgs universitet med rekommendation om anpassad examination och/eller anpassad examinationsform kan examinator, i det fall det är förenligt med kursens lärandemål och förutsatt att inte orimliga resurser krävs, besluta att bevilja studenten anpassad examination och/eller anpassad examinationsform.

Om en kurs har avvecklats eller genomgått en större förändring ska studenten erbjudas minst två examinationstillfällen, utöver ordinarie examinationstillfälle. Dessa tillfällen fördelas under en tid av minst ett år, dock som längst två år efter det att kursen avvecklats/förändrats. Vad gäller praktik och verksamhetsförlagd utbildning (VFU) gäller motsvarande, men med begränsning till endast ett ytterligare examinationstillfälle.

Om en student har fått besked om att denne uppfyller kraven för att vara student vid Riksidrottsuniversitetet (RIU-student) har examinator rätt att besluta om anpassning vid examination, om detta görs i enlighet med Lokala regler gällande RIU-studenter vid Göteborgs universitet.

På kursen ges något av betygen Väl godkänd (VG), Godkänd (G) och Underkänd (U).

Delkurs 1: För betyg G krävs godkänt resultat i sluttentamen. För betyg VG krävs betyg VG i sluttentamen.

Delkurs 2: För betyg G krävs deltagande i samtliga laborationer och godkänt resultat på de skriftliga rapporterna.

Slutbetyg: För slutbetyg G krävs betyg G i båda delkurserna. För slutbetyg VG krävs betyg VG i delkurs 1 och betyg G i delkurs 2.

Student som deltar i eller har avslutat en kurs ska ges möjlighet att anonymt framföra erfarenheter av och synpunkter på kursen i en kursvärdering.

Resultatet och eventuella förändringar i kursens upplägg ska förmedlas både till de studenter som genomförde värderingen och till de studenter som ska påbörja kursen.

Undervisningsspråk: engelska och svenska
Kursen ges som huvudregel på svenska men kan ges helt eller delvis på engelska om omständigheterna påkallar det.

Kursen ersätter de tidigare kurserna KEM320, KEN320, KEM321 och KED321 och kan inte tillgodoräknas tillsammans med någon av dessa i samma examen.