De basis: natuurkunde

Om te begrijpen waarom moleculen zich gedragen zoals ze zich gedragen, krijg je ook vakken waarin je ze natuur- en wiskundig leert beschrijven. Op basis hiervan kun je bepalen hoe een molecuul met andere moleculen interacteert. Ook leer je over thermodynamica: waarom verloopt de ene reactie wel en de andere reactie niet en onder welke omstandigheden verloopt een reactie het beste?

Een paar voorbeelden van natuurkundige vakken zijn Introductie Kwantummechanica, Atomaire en Moleculaire Structuur en Drijvende Krachten in Chemie, Fysica en Biologie. Tijdens Introductie Kwantummechanica en Atomaire en Moleculaire Structuur verdiep je je verder in de kwantummechanica onderwerpen die je op de middelbare school hebt gehad, zoals de golf-deeltjesdualiteit en de onbepaaldheidsrelatie van Heisenberg. Je gaat je meer bezighouden met de wiskunde die achter de kwantummechanica zit. Je kunt uiteindelijk zelf de golffunctie van eenvoudige atomen en moleculen berekenen, zodat je kunt bepalen waar in de binding een elektron zich zal bevinden. 

Bij Drijvende Krachten in Chemie, Fysica en Biologie leer je waarom de ene reactie wel optreedt en de andere niet en waarom water en olie niet goed mengen, maar water en ethanol juist wel. Je gaat je hier bezighouden met het rekenen aan verschillende eigenschappen van mengsels zoals viscositeit en lichtverstrooiing.

Lees hieronder meer over de bovengenoemde voorbeeldvakken:

Introductie Kwantummechanica

Omvang: 5 studiepunten

Kwantummechanica is onmisbaar als je precies wilt weten hoe bindingen in een molecuul in elkaar zitten. Dat leer je nog niet tijdens dit vak, maar krijg je in het tweede jaar van je studie. Dit vak is bedoeld als inleiding in de kwantummechanica.

Het vak geeft je een wiskundige achtergrond, waarbij onder andere eenvoudige golffuncties (deze functies zijn nodig om later het gedrag van elektronen in moleculen goed te kunnen beschrijven), complexe getallen en waarschijnlijkheidsverdelingen worden behandeld.

Daarnaast wordt aandacht besteed aan een aantal typische kwantummechanische problemen zoals het golf-deeltje dualisme, het onzekerheid beginsel van Heisenberg en de kat van Schrödinger.

Atomaire en Moleculaire Structuur

Omvang: 6 studiepunten

Moleculen zijn opgebouwd uit atomen. Als je wilt doorgronden hoe chemische bindingen gevormd worden, moet je beginnen met de elektronenstructuur van atomen te beschrijven. En dat is precies wat je tijdens dit vak leert.

De kwantummechanica waar je in het eerste jaar kennis mee hebt gemaakt, ga je nu toepassen. Centraal in de kwantummechanica staat de beroemde Schrödinger vergelijking. Tijdens dit vak wordt deze vergelijking uitgelegd (bijvoorbeeld hoe werkt de Hamilton operator) en toegepast op atomen.

De oplossingen van de Schrödinger vergelijking (de atomaire orbitalen) leveren de informatie die je nodig hebt voor beschrijving van de elektronen in een atoom. Met de elektronenstructuur van atomen als uitgangspunt, kun je bindingen in moleculen gaan beschrijven en verklaren. Hoe dat werkt, leer je in vervolgvakken met code BIP.

Drijvende Krachten in Chemie, Fysica en Biologie

Omvang: 6 studiepunten

Wat bepaalt nu precies of processen (bijvoorbeeld een chemische reacties) kunnen verlopen of niet? Met andere woorden: wat zijn drijvende krachten in de Chemie, Fysica en Biologie?
Dit is een vervolg op het eerstejaars vak Introductie Thermodynamica.

Diverse onderwerpen worden uitgewerkt, zoals de eerste en tweede hoofdwet van de thermodynamica. Ook wordt behandeld in welke (en hoeveel) stappen chemische reacties kunnen verlopen, dat is het onderwerp reactiekinetiek. Als eerste wordt de onderliggende wiskunde behandeld, zoals differentialen en Legendre transformaties. Dat is taaie wiskunde. Daarna ga je aan de slag. Met je wiskundige en thermodynamische kennis gebruik je om verschillende fenomenen te verklaren en te voorspellen. Onderwerpen die daarbij aan de orde komen zijn fase-evenwichten tussen vloeistof en damp, alternatieve energie het gedrag van mengsels en het vouwen van eiwitten.

Naast hoor- en werkcolleges heb je ICT-practica waarin je simulaties met bijvoorbeeld ideale gassen en Van der Waals-gassen uitvoert.