Amedeo CAPOBIANCO | MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE

cod. 0522300037

MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE

	0522300037
	DIPARTIMENTO DI CHIMICA E BIOLOGIA "ADOLFO ZAMBELLI"
	CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
	CHIMICA
	2024/2025

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
	OBIETTIVO GENERALE È L’ACQUISIZIONE DI CONOSCENZE DI BASE DEI PRINCIPI QUANTOMECCANICI CHE DETERMINANO STABILITÀ E PROPRIETÀ DI MOLECOLE, NONCHÉ LA CAPACITÀ DI EFFETTUARE CALCOLI USANDO SOFTWARE DEDICATO. CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE LO STUDENTE CONOSCERÀ E AVRÀ SVILUPPATO COMPRENSIONE RIGUARDO A: -ELEMENTI DI TEORIA DEI GRUPPI APPLICATA ALLA CHIMICA -METODI PRINCIPALI DI APPROSSIMAZIONE IN MECCANICA QUANTISTICA -TEORIA DEI MODI NORMALI -TEORIA DEL METODO AUTOCONSISTENTE APPLICATA AL CALCOLO ELETTRONICO -ELEMENTI DELLA TERIA DFT -IL MODELLO ECCITONICO IN APPLICAZIONI SPETTROSCOPICHE -PRINCIPALI APPROCCI ALLON STUDIO DELLE INTERAZIONI INTERMOLECOLARI CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONELO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI: - SCRIVERE E INTERPRETARE I TERMINI DI UN HAMILTONIANO MOLECOLARE -IDENTIFICARE INTEGRALI NULLI PER SIMMETRIA UTILIZZANDO LE TAVOLE DEI CARATTERI - EFFETTUARE CALCOLI QUANTOMECCANICI DI ENERGIA E PROPRIETÀ MOLECOLARI USANDO SOFTWARE DEDICATO -GESTIRE IN AUTONOMIA ESERCIZI DI CALCOLO ELETTRONICO, UTILIZZANDO L’HAMILTONIANO MODELLO DI HUECKEL AUTONOMIA DI GIUDIZIO LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI: - VALUTARE LA CORRETTEZZA E L’ADEGUATEZZA DI UN RISULTATO COMPUTAZIONALE -SVILUPPARE CAPACITÀ CRITICHE NELLA SCELTA DELLA STRATEGIA COMPUTAZIONALE PIÙ IDONEA ABILITÀ COMUNICATIVE LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI: - SAPER DESCRIVERE E RAPPRESENTARE I RISULTATI COMPUTAZIONALI OTTENUTI, UTILIZZANDO FORMATI DI FILE DI USO CORRENTE IN CHIMICA COMPUTAZIONALE, TESTI, GRAFICI E RAPPRESENTAZIONI MOLECOLARI - COMUNICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE IN FORMA SCRITTA E ORALE CON UN CORRETTO LINGUAGGIO TECNICO-SCIENTIFICO. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI: - AGGIORNARE LE PROPRIE CONOSCENZE IN CHIMICA QUANTISTICA - COMPRENDERE E INTERPRETARE TESTI BIBLIOGRAFICI DI CHIMICA QUANTISTICA

OBIETTIVO GENERALE È L’ACQUISIZIONE DI CONOSCENZE DI BASE DEI PRINCIPI QUANTOMECCANICI CHE DETERMINANO STABILITÀ E PROPRIETÀ DI MOLECOLE, NONCHÉ LA CAPACITÀ DI EFFETTUARE CALCOLI USANDO SOFTWARE DEDICATO.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
LO STUDENTE CONOSCERÀ E AVRÀ SVILUPPATO COMPRENSIONE RIGUARDO A:
-ELEMENTI DI TEORIA DEI GRUPPI APPLICATA ALLA CHIMICA
-METODI PRINCIPALI DI APPROSSIMAZIONE IN MECCANICA QUANTISTICA
-TEORIA DEI MODI NORMALI
-TEORIA DEL METODO AUTOCONSISTENTE APPLICATA AL CALCOLO ELETTRONICO
-ELEMENTI DELLA TERIA DFT
-IL MODELLO ECCITONICO IN APPLICAZIONI SPETTROSCOPICHE
-PRINCIPALI APPROCCI ALLON STUDIO DELLE INTERAZIONI INTERMOLECOLARI
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONELO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI:
- SCRIVERE E INTERPRETARE I TERMINI DI UN HAMILTONIANO MOLECOLARE
-IDENTIFICARE INTEGRALI NULLI PER SIMMETRIA UTILIZZANDO LE TAVOLE DEI CARATTERI
- EFFETTUARE CALCOLI QUANTOMECCANICI DI ENERGIA E PROPRIETÀ MOLECOLARI USANDO SOFTWARE DEDICATO
-GESTIRE IN AUTONOMIA ESERCIZI DI CALCOLO ELETTRONICO, UTILIZZANDO L’HAMILTONIANO MODELLO DI HUECKEL
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI:
- VALUTARE LA CORRETTEZZA E L’ADEGUATEZZA DI UN RISULTATO COMPUTAZIONALE
-SVILUPPARE CAPACITÀ CRITICHE NELLA SCELTA DELLA STRATEGIA COMPUTAZIONALE PIÙ IDONEA
ABILITÀ COMUNICATIVE LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI:
- SAPER DESCRIVERE E RAPPRESENTARE I RISULTATI COMPUTAZIONALI OTTENUTI, UTILIZZANDO FORMATI DI FILE DI USO CORRENTE IN CHIMICA COMPUTAZIONALE, TESTI, GRAFICI E RAPPRESENTAZIONI MOLECOLARI
- COMUNICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE IN FORMA SCRITTA E ORALE CON UN CORRETTO LINGUAGGIO TECNICO-SCIENTIFICO.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI:
- AGGIORNARE LE PROPRIE CONOSCENZE IN CHIMICA QUANTISTICA
- COMPRENDERE E INTERPRETARE TESTI BIBLIOGRAFICI DI CHIMICA QUANTISTICA

	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 INTRODUZIONE 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 INTRODUZIONE 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: 2024-11-18]

Amedeo CAPOBIANCO | MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE