Amedeo CAPOBIANCO | MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE

cod. 0522300037

MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE

	0522300037
	DIPARTIMENTO DI CHIMICA E BIOLOGIA "ADOLFO ZAMBELLI"
	CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
	CHIMICA
	2023/2024

CURRICULUM CHIMICA BIOMOLECOLARE

	OBBLIGATORIO
	ANNO CORSO 1
	ANNO ORDINAMENTO 2016
	PRIMO SEMESTRE

MODULI

SSD	CFU	ORE	ATTIVITÀ	TIPO DI ATTIVITÁ FORMATIVA
CHIM/02	7	56	LEZIONE	CARATTERIZZANTE
CHIM/02	2	24	ESERCITAZIONE	CARATTERIZZANTE
CHIM/02	3	36	LABORATORIO	CARATTERIZZANTE

DOCENTI

	GUGLIELMO MONACO T Curriculum
	AMEDEO CAPOBIANCO 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.

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
	INTRODUZIONE ALLA STRUTTURA MOLECOLARE (12 ORE) APPROSSIMAZIONE DI BORN-OPPENHEIMER. CAMPI DI FORZA. POTENZIALE DI STIRAMENTO, PIEGAMENTO, PIEGAMENTO FUORI PIANO, TORSIONE. POTENZIALE DI MORSE. COODINATE NORMALI. COORDINATE INTERNE E CARTESIANE. METODI DI OTTIMIZZAZIONE DI ENERGIA STEEPEST-DESCENT E QUASI-NEWTON. TOPOLOGIA CHIMICA QUANTISTICA: QTAIM. DALLA TEORIA DELLE PERTURBAZIONI ALLE INTERAZIONI INTERMOLECOLARI (24 ORE) TEORIA DELLE PERTURBAZIONI INDIPENDENTI E DIPENDENTI DAL TEMPO. RELAZIONE TRA ASSORBANZA INTEGRATA E FORZA DI DIPOLO. 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. SIMMETRIA MOLECOLARE (24 ORE) 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. APPLICAZIONI DELLA TEORIA DEI GRUPPI ALLA CLASSIFICAZIONE DEI MODI NORMALI. REGOLE DI SELEZIONE DEGLI ELEMENTI DI MATRICE. METODO SCF E INTRODUIONE A METODI CORRELATI (24 ORE) METODO VARIAZIONALE. METODO DI HÜCKEL. ORDINE DI LEGAME, CARICHE ATOMICHE; RELAZIONE TRA ORDINE DI LEGAME E LUNGHEZZE DI LEGAME. 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. CENNI SU METODI DI CALCOLO CORRELATI. TEORIA DEL FUNZIONALE DELLA DENSITÀ. TEOREMI DI HOHENBERG-KOHN E EQUAZIONI DI KOHN-SHAM. CENNI SU PROPRIETA’ MAGNETICHE E CHIROOTTICHE. (20 ORE) IL PROBLEMA DELL’ORIGINE DI GAUGE. DENSITA’ DI CORRENTE INDOTTA DA CAMPI ELETTROMAGNETICI. MEDIA ISOTROPA DI TENSORI DI RISPOSTA. FORZA DEL ROTATORE. IL DISTICO NELLE SPETTROSCOPIE CHIROOTTICHE: IL MODELLO ECCITONICO. ELEMENTI DI REATTIVITA’ (12 ORE) 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. PER OGNI ARGOMENTO SI RICHIEDERÀ DI METTERE IN PRATICA LE CONOSCENZE TEORICHE 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.

Contenuti

INTRODUZIONE ALLA STRUTTURA MOLECOLARE (12 ORE)
APPROSSIMAZIONE DI BORN-OPPENHEIMER.
CAMPI DI FORZA. POTENZIALE DI STIRAMENTO, PIEGAMENTO, PIEGAMENTO FUORI PIANO, TORSIONE. POTENZIALE DI MORSE.
COODINATE NORMALI. COORDINATE INTERNE E CARTESIANE.
METODI DI OTTIMIZZAZIONE DI ENERGIA STEEPEST-DESCENT E QUASI-NEWTON.
TOPOLOGIA CHIMICA QUANTISTICA: QTAIM.

DALLA TEORIA DELLE PERTURBAZIONI ALLE INTERAZIONI INTERMOLECOLARI (24 ORE)
TEORIA DELLE PERTURBAZIONI INDIPENDENTI E DIPENDENTI DAL TEMPO.
RELAZIONE TRA ASSORBANZA INTEGRATA E FORZA DI DIPOLO.
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.

SIMMETRIA MOLECOLARE (24 ORE)
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. APPLICAZIONI DELLA TEORIA DEI GRUPPI ALLA CLASSIFICAZIONE DEI MODI NORMALI.
REGOLE DI SELEZIONE DEGLI ELEMENTI DI MATRICE.

METODO SCF E INTRODUIONE A METODI CORRELATI (24 ORE)
METODO VARIAZIONALE. METODO DI HÜCKEL. ORDINE DI LEGAME, CARICHE ATOMICHE; RELAZIONE TRA ORDINE DI LEGAME E LUNGHEZZE DI LEGAME.
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.
CENNI SU METODI DI CALCOLO CORRELATI.
TEORIA DEL FUNZIONALE DELLA DENSITÀ.
TEOREMI DI HOHENBERG-KOHN E EQUAZIONI DI KOHN-SHAM.

CENNI SU PROPRIETA’ MAGNETICHE E CHIROOTTICHE. (20 ORE)
IL PROBLEMA DELL’ORIGINE DI GAUGE.
DENSITA’ DI CORRENTE INDOTTA DA CAMPI ELETTROMAGNETICI. MEDIA ISOTROPA DI TENSORI DI RISPOSTA. FORZA DEL ROTATORE. IL DISTICO NELLE SPETTROSCOPIE CHIROOTTICHE: IL MODELLO ECCITONICO.

ELEMENTI DI REATTIVITA’ (12 ORE)
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.

PER OGNI ARGOMENTO SI RICHIEDERÀ DI METTERE IN PRATICA LE CONOSCENZE TEORICHE 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.

	Metodi Didattici
	LEZIONI FRONTALI IN AULA PER UN TOTALE DI 7 CFU; ESERCIZI DI CALCOLO QUANTOMECCANICO ANALITICO E AL CALCOLATORE ED ESPERIENZE DI LABORATORIO PER UN TOTALE DI 5 CFU.

	Verifica dell'apprendimento
	IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È VERIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI. ALL'ESAME ORALE SI ACCEDE SOLO DOPO AVER CONSEGNATO E DISCUSSO LE RELAZIONI SULLE ESERCITAZIONI, IN PARTE DURANTE LO SVOLGIMENTO DEL CORSO E IN PARTE ALLA FINE DEL CORSO. LA DISCUSSIONE DELLE RELAZIONI, SIA A GRUPPI CHE INDIVIDUALMENTE SERVIRA' A DIMOSTRARE COMPETENZE NELL'UTILIZZO DI METODI DI CHIMICA QUANTISTICA E COMPUTAZIONALE RIGUARDANTI ARGOMENTI DEL PROGRAMMA DI INSEGNAMENTO. LA VOTAZIONE ASSEGNATA ALLE RELAZIONI E AD UNA PRESENTAZIONE ORALE DA FARE SU UN TEMA ASSEGNATO ALLA FINE DEL CORSO SARA' MEDIATA CON IL VOTO DELL'ESAME ORALE PER OTTENERE LA VOTAZIONE CONCLUSIVA. LA PROVA ORALE CONSISTE IN UN COLLOQUIO CON DOMANDE E DISCUSSIONE SUI CONTENUTI TEORICI E METODOLOGICI, ANCHE INERENTI ALLE ESERCITAZIONI, 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.

Verifica dell'apprendimento

IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È VERIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI.
ALL'ESAME ORALE SI ACCEDE SOLO DOPO AVER CONSEGNATO E DISCUSSO LE RELAZIONI SULLE ESERCITAZIONI, IN PARTE DURANTE LO SVOLGIMENTO DEL CORSO E IN PARTE ALLA FINE DEL CORSO.
LA DISCUSSIONE DELLE RELAZIONI, SIA A GRUPPI CHE INDIVIDUALMENTE SERVIRA' A DIMOSTRARE COMPETENZE NELL'UTILIZZO DI METODI DI CHIMICA QUANTISTICA E COMPUTAZIONALE RIGUARDANTI ARGOMENTI DEL PROGRAMMA DI INSEGNAMENTO. LA VOTAZIONE ASSEGNATA ALLE RELAZIONI E AD UNA PRESENTAZIONE ORALE DA FARE SU UN TEMA ASSEGNATO ALLA FINE DEL CORSO SARA' MEDIATA CON IL VOTO DELL'ESAME ORALE PER OTTENERE LA VOTAZIONE CONCLUSIVA.

LA PROVA ORALE CONSISTE IN UN COLLOQUIO CON DOMANDE E DISCUSSIONE SUI CONTENUTI TEORICI E METODOLOGICI, ANCHE INERENTI ALLE ESERCITAZIONI, 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. ATKINS, MOLECULAR QUANTUM MECHANICS 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 6) P. POLAVARAPU, CHIROPTICAL SPECTROSCOPY 7) HOUSTON, CHEMICAL KINETICS AND REACTION DYNAMICS 8) A.J. STONE, THE THEORY OF INTERMOLECULAR FORCES

Testi

TESTI DI RIFERIMENTO
1) L. PIELA, IDEAS OF QUANTUM CHEMISTRY
2) P. ATKINS, MOLECULAR QUANTUM MECHANICS

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
6) P. POLAVARAPU, CHIROPTICAL SPECTROSCOPY
7) HOUSTON, CHEMICAL KINETICS AND REACTION DYNAMICS
8) A.J. STONE, THE THEORY OF INTERMOLECULAR FORCES

	Altre Informazioni
	APPUNTI O ARTICOLI DI RICERCA SARANNO RESI DISPONIBILI PER ARGOMENTI SELEZIONATI.

BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-05]

Amedeo CAPOBIANCO | MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE