Okruhy otázek ke státní zkoušce z fyzikální chemie jsou vytvořeny na základě syllabů povinných předmětů, a to ze společného základu, kde tvoří kurikulum předměty MC260P10 Fyzikální chemie III (Molekulová struktura a spektroskopie) a MC260P129 Fyzikální chemie IV (Statistická termodynamika a molekulové simulace), a dále z povinného kurikula pro jednotlivé specializace, konkrétně:

ve specializaci Fyzikální chemie:

MC260P127 Rozptylové a mikroskopické metody nebo MC260P128 Spektroskopické metody

Při zkoušce si student vylosuje 2 okruhy otázek ze společného základu a 1 ze své specializace.

Společný základ

1. Teoretické základy spektroskopie. Časově závislá poruchová teorie, emise a absorpce záření, spontánní a stimulovaná emise, výběrová pravidla, Bornova-Oppenheimerova aproximace, tvar spektrálnich čar

2. Rotačně-vibrační spektra. Vibrace a rotace dvouatomových a víceatomových molekul. Ramanův rozptyl

3. Elektronová struktura a elektronová spektra. UV/Vis spektra, fluorescence, fosforescence, ultrafialová a rentgenová fotoelektronová spektroskopie, elektrické a magnetické vlastnosti látek.

4. Magnetická rezonance. Interakce molekul s magnetickym polem, magnetický hamiltonián, spin-spinové štěpení, spinová relaxace. Spektroskopie NMR a EPR

5. Základní pojmy statistické termodynamiky. Definice souboru, partiční funkce v různých souborech, statistická váha, charakteristická funkce souboru, postuláty statistické termodynamiky, pravděpodobnost pozorování daného stavu při různé teplotě, Boltzmannův faktor a degenerace, Boseho-Einsteinova, Fermiho-Diracova a Boltzmannova statistika

6. Termodynamické funkce ideálního plynu. Definice ideálního plynu, translační, rotační, vibrační, elektronové a jaderné příspěvky, mono- di- a víceatomový ideální plyn, příspěvky k vnitřní energii a tepelné kapacitě. Chemická rovnováha v plynné fázi, chemický potenciál a příspěvky k chemickému potenciálu z partiční funkce ideálního plynu

7. Neideální systémy interagujících částic. Konfigurační integrál, viriální rozvoj, párová korelační funkce, teorém korespondujících stavů, Isingův model, fázové přechody - kritická teplota, aproximace středního pole, roztoky elektrolytů, stíněný elektrostatický potenciál, Debeyova délka, aktivitní koeficient z Debye-Hückelovy teorie

8. Molekulové simulace – metody MD a MC. Statistické vzorkování konfiguračního a fázového prostoru, preferenční vzorkování, Metropolisovo kritérium, integrace pohybových rovnic v MD, ergoridicita - časový vs. soborový průměr, modely intra- a inter-molekulárních interakcí, periodické okrajové podmínky, inicializace, ekvilibrace, zpracování korelovaných dat

Specializace: Fyzikální chemie

Spektroskopické metody

1. Vibrační spektroskopie. Základy vibrační spektroskopie, infračervená spektroskopie (NIR, MIR, FAR), Ramanův rozptyl, rezonanční Ramanův rozptyl, výběrová pravidla, molekulové vibrace, přiřazení vibračních pásů, charakteristické vibrace, povrchem zesílený Ramanův rozptyl, aplikace.

2. Elektronová spektroskopie. Základy elektronové spektroskopie, absorpční a emisní elektronové přechody, fluorescenční spektroskopie, Jablonského diagram, zářivá a nezářivá deaktivace excitovaného stavu, Försterův rezonanční přenos energie, statické a dynamické zhášení, relaxace solvátového obalu, anizotropie fluorescence. Využití fluorescenčních sond při studiu koloidních systémů a biopolymerů.

3. Spektroskopie NMR. Princip magnetické rezonance, chemický posun, J interakce, interpretace 1D NMR spekter vodíku a uhlíku, experimenty APT, DEPT, základy dvourozměrné spektroskopie, experimenty COSY, HSQC, HMBC a jejich interpretace.

Rozptylové a mikroskopické metody

1. Elektronová mikroskopie. Základní principy zobrazování elektronovou mikroskopií, zvětšení, bodové rozlišení, kontrast, chromatická a sférická aberace. Transmisní a skenovací elektronová mikroskopie, detekce v SEM/STEM metodách, interakce elektronů se vzorkem, metody EDS a EELS. Příprava vzorků, kryogenní transmisní elektronová mikroskopie

2. Mikroskopie skenující sondou. Základní principy zobrazování SPM, mikroskopie atomárních sil v kontaktním, semikontaktním a nekontaktním módu, skenovací tunelová mikroskopie

3. Rozptylové metody. Úvod do teorie rozptylu, rozpylový vektor, rozptylová délka a rozptylový průřez, tvarový a strukturní faktor. Analýza rozptylových křivek. Dynamický rozptyl světla, autokorelační funkce intenzity, translační difúzní koeficient z DLS. Měření rozptylu světla, rentgenového záření a neutronů, aplikace