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Chimica Fisica II

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Physical Chemistry II

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Anno accademico 2019/2020

Codice attività didattica
MFN1262
Docenti
Prof. Gabriele Ricchiardi (Titolare del corso)
Dott. Anna Maria Ferrari (Titolare del corso)
Corso di studio
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Anno
2° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
7
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto
Prerequisiti

E' indispensabile aver studiato i corsi precedenti di matematica e fisica.

The student should be familiar with the content of the 1st year mathematics and physics courses.
Propedeutico a
Chimica Fisisca dei Materiali, Tecniche di Spettroscopia e Microscopia.
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Il corso offre un’introduzione alle teorie del legame chimico. A partire dai fondamenti della meccanica quantistica acquisite nei corsi precedenti, introduce la sua applicazione alla descrizione del moto degli elettroni e dei nuclei nelle molecole. Viene illustrata la risoluzione di alcuni problemi elementari (particelle in potenziali semplici), seguita dalla discussione della struttura degli atomi polielettronici. Viene quindi introdotta la teoria LCAO per descrivere la la struttura elettronica delle molecole, con esempi di applicazione a molecole semplici.  L’obiettivo più generale del corso è quello di fornire una comprensione qualitativa e quantitativa dei principali fenomeni atomici e molecolari di rilevanza per la scienza dei materiali, e di illustrare i principi di funzionamento generali delle tecniche di simulazione molecolari.

The course prrovides an introduction to the quantum mechanical theory of the chemical bond in molecules. Moving Moving from the foundations of quantum mechanics treated in previous courses, the formalism of quantum mechanics is applied to the description of atoms and molecules. The solution  of classical elementary problems is illustrated in detail (particles in simple potentials), followed by the discussion of atomic electronic structure. The LCAO theory is then introduced, with examples of applications to several simple molecules. Altogether, the general objective of the course is to provide the theoretical basis for a qualitative and quantitative understanding of the atomic and molecular phenomena related to materials science, and to illustrate the working principles of molecular simulation techniques.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Comprensione dei fondamenti quantomeccanici della fenomenologia della chimica generale (proprietà periodiche degli elementi, teorie del legame chimico).

 

Comprensione dei principi fondanti classici e quantistici della simulazione molecolare.

Capacità di utilizzare modelli quantomeccanici basati su potenziali semplici per la risoluzione di problemi chimici

Capacità di utilizzo autonomo di programmi di modellazione molecolare semplici per il calcolo di strutture ed energie molecolari, di energie di reazione e di frequenze vibrazionali.

Capacità di utilizzare il linguaggio tecnico di base della meccanica quantistica molecolare e della modellazione molecolare. 

 

Understanding of the quantum-mechanical foundations of general chemistry (periodic properties of the elements, theories of the chemical bond).

Understanding of the classical and quantum mechanical foundations of molecular simulations.

Ability to use QM models based on simple potentials for the calculation of chemical properties

Ability to use autonomously  a simple molecular modelling software for the calculation of molecular structures and energies, reaction energies and vibrational properties

Ability to use the technical language of molecular quantum mechanics and molecular simulation at a basic level. 

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Programma

- particelle in potenziali semplici: particella in buca di potenziale infinita monodimensionale e tridimensionale. Applicazioni chimiche del modello (elettroni delocalizzati in molecole organiche, centri F)

- applicazioni molecolari del modello dell' oscillatore armonico quantistico. Cenni sull'anarmonicità.

- rotatore libero quantistico monodimensionale e tridimensionale e sua applicazione alle rotazioni molecolari

- riepilogo della descrizione quantistica dell'atomo di idrogeno, con particolare attenzione alle diverse modalità di rappresentazione degli orbitali atomici

- atomi idrogenoidi

- atomi polielettronici. Carica nucleare efficace. Metodi SCF

- teorema variazionale e metodi variazionali

- metodi perturbativi

- la molecola-ione H2+ e i fondamenti della teoria LCAO

- teoria LCAO per molecole biatomiche omonucleari ed eteronucleari

- ibridazione e struttura elettronica delle molecole organiche

- il metodo di Hueckel ed i sistemi di doppi legami coniugati

- chimica computazionale (con esercitazione): calcolo di energie molecolari, ottimizzazione di strutture, calcolo di energie di reazione, rappresentazione e comprensione di orbitali molecolari

- particles in simple potentials (particle in a 1-D and 3-D box, potential barriers and steps. Chemical applications (delocalized electrons, color F centres)

- molecular applications of the QM harmonic oscillator model. Introduction to anharmonic oscillators.

- 1-D and 3-D quantum rotor model and its application to the description of molecular  rotation

- recap of the solutions of Schroedinger equation for the Hydrogen atom, with a focus on the different types of representation of electron density and wavefunctions.

- hydrogenoid atoms

- many-electron atoms. Effective nuclear charge. Self cnsistent field method.

- variational theorem and variational methods

- time independent perturbation theory

- The H2+ ion-molecule and the foundations of the LCAO model

-  LCAO theory of homo- and etero-nuclear biatomic molecules

- hybridization and the structure of organic molecules

- The Hueckel method and the treatment of conjugated double bonds

- computational chemistry (with laboratory): calculation of molecular energies, optimization of structures, calculation of reaction energies, representation and discussion of molecular orbitals.

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Modalità di insegnamento

Tipologia Insegnamento

Lezioni frontali  48 ore , esercitazioni in aula informatica 12 ore

Frequenza

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. La frequenza ai corsi di laboratorio è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste.

 

Lessons, 48 hours, laboratory, 12 hours

Compulsory attendance for lectures in computer room

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto con 9-12 domande brevi a risposta aperta e 3 problemi numerici.  Ad ogni risposta  iene attribuito un punteggio da 1 a 3 trentesimi. Esempi di domande sono disponibile nel materiale didattico.

 Written test, with approximately 9-12 short questions and 3 problems. Each answer provides 1 to 3 points on a 30 scale. Some examples are available in the "Materiale Didattico" section.

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Attività di supporto

Esercizi in aula, esercitazioni in aula informatica.

Excercises, computer excercises.

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Testi consigliati e bibliografia

Il materiale didattico principale è costituito dalle Dispense fornite dal docente (v. sotto).

Per quanto riguarda le lezioni sulla Simmetria Molecolare, si fa riferimento al Cap.11 del testo (Disponibile sia presso la Biblioteca Ponzio che quella di via Quarello):

P.W.Atkins, J.de Paula
Chimica fisica. (5a ed. italiana/ 9a ed. inglese)
Zanichell, 2012

Un testo di riferimento molto approfondito su tutti gli argomenti del corso è:

P.W. Atkins, R.S. Friedman
Meccanica Quantistica Molecolare
Zanichelli, 1983

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Orario lezioniV

Lezioni: dal 04/03/2019 al 14/06/2019

Nota: Per l'orario dettagliato consultare la pagina "Orario Lezioni"
http://stmateriali.campusnet.unito.it/do/lezioni.pl

Registrazione
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    Ultimo aggiornamento: 13/06/2019 12:23
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