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MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE

Guglielmo MONACO MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE

0522300037
DIPARTIMENTO DI CHIMICA E BIOLOGIA "ADOLFO ZAMBELLI"
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
CHIMICA
2020/2021

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2016
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
756LEZIONE
224ESERCITAZIONE
336LABORATORIO
GUGLIELMO MONACO T Curriculum
Obiettivi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. IL CORSO HA L’OBIETTIVO DI FORNIRE I PRINCIPI CHIMICO-FISICI CHE REGOLANO LE PROPRIETÀ E LA REATTIVITÀ DELLE MOLECOLE ORGANICHE E DI SVILUPPARE CONSAPEVOLEZZA DEI FONDAMENTI DELLA CHIMICA COMPUTAZIONALE.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. LE ESERCITAZIONI NUMERICHE PERMETTERANNO DI ACQUISIRE FAMILIARITÀ CON PROGRAMMI GIÀ DISPONIBILI E DI AFFRONTARE IN AUTONOMIA LO STUDIO COMPUTAZIONALE DELLA STRUTTURA MOLECOLARE E DI REAZIONI CHIMICHE DI MEDIA COMPLESSITÀ.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO. LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI DISCUTERE CRITICAMENTE LA VALIDITÀ DEI RISULTATI OTTENUTI GRAZIE A DISCUSSIONI PROMOSSE DAL DOCENTE NEL GRUPPO DI LABORATORIO.
ABILITÀ COMUNICATIVE. IL CORSO PERMETTERÀ ALLO STUDENTE DI ACQUISIRE LA TERMINOLOGIA APPROPRIATA PER DESCRIVERE L'ANALISI COMPUTAZIONALE DELLA STRUTTURA MOLECOLARE E DEGLI INTERMEDI DI REAZIONE GRAZIE ALLA LETTURA DI ARTICOLI PUBBLICATI SU RIVISTE SCIENTIFICHE INTERNAZIONALI.
Prerequisiti
CONOSCENZE DI BASE DELLA FISICA CLASSICA, DELLA TERMODINAMICA STATISTICA, DEL CALCOLO DIFFERENZIALE E DEL CALCOLO MATRICIALE. HAMILTONIANI QUANTISTICI DI RIFERIMENTO CON SOLUZIONE ESATTA.
Contenuti
RICHIAMI SUI METODI PERTURBATIVO E VARIAZIONALE.
APPROSSIMAZIONE DI BORN-OPPENHEIMER.
CAMPI DI FORZA. POTENZIALE DI STIRAMENTO, PIEGAMENTO, PIEGAMENTO FUORI PIANO, TORSIONE. POTENZIALE DI MORSE.
MINIMI QUADRATI LINEARI IN FORMA MATRICIALE.
COODINATE NORMALI. COORDINATE INTERNE E CARTESIANE.
MATRICE INVERSA DESTRA. METODO GF DI WILSON, DETERMINAZIONE DELLE COORDINATE NORMALI DELLA CO2. APPLICAZIONI DELLA TEORIA DEI GRUPPI ALLA CLASSIFICAZIONE DEI MODI NORMALI.
MATRICE HESSIANA.
METODI DI OTTIMIZZAZIONE DI ENERGIA STEEPEST-DESCENT E QUASI-NEWTON.
METODO DI HÜCKEL. ORDINE DI LEGAME, CARICHE ATOMICHE; RELAZIONE TRA ORDINE DI LEGAME E LUNGHEZZE DI LEGAME.
DEFINIZIONE DI GRUPPO. TAVOLA DI MOLTIPLICAZIONE. OPERATORI DI SIMMETRIA.
GRUPPI DI SIMMETRIA PUNTUALI. GENERATORI. DETERMINAZIONE DEL GRUPPO DI SIMMETRIA DI UNA MOLECOLA.
CLASSI. RAPPRESENTAZIONI E TRASFORMAZIONI DI SIMILITUDINE. TAVOLE DEI CARATTERI E LORO USO. RAPPRESENTAZIONI IRRIDUCIBILI. PROCESSO DI RIDUZIONE.
REGOLE DI SELEZIONE DEGLI ELEMENTI DI MATRICE.

IL METODO HARTREE-FOCK.
OPERATORI DI COULOMB E SCAMBIO.
ORBITALI DI SLATER, GAUSSIANI, GIAO.
IL METODO DI HARTREE-FOCK-ROOTHAN.
LA PROCEDURA SCF.
REGOLE DI CONDON-SLATER.
ORBITALI MOLECOLARI LOCALIZZATI.
LIMITAZIONI DEL MODELLO HARTREE-FOCK.
ENERGIA DI CORRELAZIONE STATICA E DINAMICA.
IL METODO CI.
IL METODO MP2.
TEORIA DEL FUNZIONALE DELLA DENSITÀ.
TEOREMI DI HOHENBERG-KOHN E EQUAZIONI DI KOHN-SHAM.
TOPOLOGIA CHIMICA QUANTISTICA: QTAIM, ELF.
BUCHI DI FERMI E COULOMB.

TEOREMA DEL VIRIALE; TEOREMA DI EHRENFEST; TEOREMA DI HELLMANN-FEYNMANN
ESPANSIONE MULTIPOLARE; DIPOLO E QUADRUPOLO.
NOTAZIONE TENSORIALE E CONVENZIONE DI EINSTEIN.
TEORIA DELLE PERTURBAZIONI APPLICATA A DUE MOLECOLE DEBOLMENTE INTERAGENTI.
INTERAZIONE DIPOLO-DIPOLO.
FORZE DI DISPERSIONE, EQUAZIONE DI LONDON.
HAMILTONIANO DI INTERAZIONE DI MULTIPOLO.
IL PROBLEMA DELL’ORIGINE DI GAUGE.
TEORIA DELLE PERTURBAZIONI DIPENDENTI DAL TEMPO.
REGOLA D’ORO DI FERMI.
RELAZIONE TRA ASSORBANZA INTEGRATA E FORZA DI DIPOLO.
FORZA DEL ROTATORE.
IL DISTICO NELLE SPETTROSCOPIE CHIROOTTICHE: IL MODELLO ECCITONICO.
TEORIA DELLA RISPOSTA MOLECOLARE
POLARIZZABILITÀ DI DIPOLO ELETTRICA E TENSORE DI ATTIVITÀ OTTICA.
FORMALISMO DI RAMSEY PER LO SCHERMO NUCLEARE.
MAGNETIZZABILITÀ. VALORI MEDI DI TENSORI DI SECONDO RANGO.
DEFINIZIONE DI DENSITÀ DI CORRENTE INDOTTA DA UN CAMPO MAGNETICO ESTERNO UNIFORME E COSTANTE.
RELAZIONI CLASSICHE TRA DENSITÀ DI CORRENTE DI PRIMO-ORDINE E MAGNETIZZABILITÀ E SCHERMO MAGNETICO.
CORRENTI D’ANELLO. NICS. INTENSITÀ DI CORRENTE DI LEGAME.

DISTRIBUZIONE DEI CAMMINI LIBERI MEDI.
PROPRIETÀ DI TRASPORTO NEI GAS.
LA DISTRIBUZIONE DELLE VELOCITÀ RELATIVE.
TEORIA DELLE COLLISIONI E COSTANTE CINETICA DI UNA REAZIONE BIMOLECOLARE.
MODELLI RS, LOC E ADLOC.
SUPERFICIE DI ENERGIA POTENZIALE PER LA REAZIONE H2+H. TEORIA DELLO STATO DI TRANSIZIONE IN APPROCCIO MICROCANONICO E CANONICO. IL MODELLO DI MARCUS, IL POSTULATO DI HAMMOND, IL PRINCIPIO DI BELL-EVANS-POLANYI. STATI DI TRANSIZIONE PRECOCI E TARDIVI. O’FERRALL JENKS PLOT.

IL LABORATORIO RICHIEDERÀ DI METTERE IN PRATICA LE CONOSCENZE TEORICA MEDIANTE L’USO BASE DI SOFTWARE DI CALCOLO E VISUALIZZAZIONE (AVOGADRO, JMOL, GAUSSVIEW, GAUSSIAN), PER RAZIONALIZZARE STRUTTURA E REATTIVITÀ MOLECOLARE, E SPETTRI DI DICROISMO E DI ASSORBIMENTO INFRAROSSO, CHE VERRANNO REGISTRATI IN LABORATORIO.

Metodi Didattici
LEZIONI FRONTALI IN AULA PER UN TOTALE DI 9 CFU; ESERCIZI DI CALCOLO QUANTOMECCANICO ED ESPERIENZE DI LABORATORIO PER UN TOTALE DI 3 CFU.
Verifica dell'apprendimento
IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È VERIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI. ALL'ESAME SI ACCEDE SOLO DOPO AVER CONSEGNATO E DISCUSSO LE RELAZIONI DELLE ESPERIENZE DI LABORATORIO. L'ESAME PREVEDE UNA PROVA PRATICA E UNA PROVA ORALE.
LA PROVA PRATICA È PROPEDEUTICA ALLA PROVA ORALE E CONSISTE IN UN TEST DI UTILIZZO DI METODI DI CHIMICA QUANTISTICA RIGUARDANTI ARGOMENTI DEL PROGRAMMA DI INSEGNAMENTO. LA PROVA SI SVOLGE ANTERIORMENTE ALLA PROVA ORALE E SI CONSIDERA SUPERATA CON IL RAGGIUNGIMENTO DEL PUNTEGGIO MINIMO DI 18/30. LA PROVA PRATICA HA DI NORMA UNA DURATA DI 120 MINUTI ED È FINALIZZATA A VERIFICARE LA CAPACITÀ DI APPLICARE CORRETTAMENTE LE CONOSCENZE TEORICHE E LA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DELLE PROBLEMATICHE PROPOSTE.
LA PROVA ORALE CONSISTE IN UN COLLOQUIO CON DOMANDE E DISCUSSIONE SUI CONTENUTI TEORICI E METODOLOGICI, ANCHE INERENTI ALLE PROVE DI LABORATORIO E ALLE ESERCITAZIONI PRATICHE, INDICATE NEL PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO, ED HA COME SCOPO L'ACCERTAMENTO DEL LIVELLO DI CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE RAGGIUNTO DALLO STUDENTE, NONCHÉ DI VERIFICARE LA CAPACITÀ DI ESPOSIZIONE RICORRENDO ALLA TERMINOLOGIA APPROPRIATA.
Testi
TESTI DI RIFERIMENTO
1) L. PIELA, IDEAS OF QUANTUM CHEMISTRY
2) P. POLAVARAPU, CHIROPTICAL SPECTROSCOPY
3) HOUSTON, CHEMICAL KINETICS AND REACTION DYNAMICS

TESTI DI CONSULTAZIONE E APPROFONDIMENTO
1) MCWEENY, SYMMETRY
2) SZABO OSTLUND, MODERN QUANTUM CHEMISTRY
3) I.N. LEVINE, QUANTUM CHEMISTRY
4) BARROW, INTRODUCTION TO MOLECULAR SPECTROSCOPY
5) F. JENSEN, INTRODUCTION TO COMPUTATIONAL CHEMISTRY
Altre Informazioni
APPUNTI O ARTICOLI DI RICERCA SARANNO RESI DISPONIBILI PER ARGOMENTI SELEZIONATI.
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