Università degli studi dell'Insubria

CHIMICA FISICA COMPUTAZIONALE

A.A. di erogazione 2017/2018

Laurea Magistrale in FISICA
 (A.A. 2017/2018)
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Affine/Integrativa
Settore disciplinare: 
CHIMICA FISICA (CHIM/02)
Crediti: 
7
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
70
Dettaglio ore: 
Lezione (70 ore)

Questo corso fornisce agli studenti del corso di Laurea Magistrale in Chimica conoscenze in meccanica molecolare e metodi ab-initio. Concetti di meccanica quantistica, tipo autovalori ed autovettori, l’equazione di Schroedinger, orbitali, metodo variazionale e perturbativo sono alla base del corso e, anche se già studiati nella triennale, vengono riassunti all’inizio del corso. Gli studenti imparano non solo la teoria di base e gli algoritmi usati in chimica computazionale, ma anche vantaggi e svantaggi dei metodi comunemente usati e la loro applicabilità nel risolvere sistemi chimici molecolari.

Prerequisiti: 

Nessuno

La Meccanica Molecolare e le sue applicazioni allo studio di proprietà di macromolecole. Le componenti dell'energia. I modelli del campo di forza. Superfici di energia potenziale. Metodi di minimizzazione dell'energia. Metodo Monte Carlo. Ricerca di conformazioni con campionamento sistematico e Metodo Metropolis Monte Carlo. Metodo della Dinamica Molecolare. L'equazione di Schroedinger indipendente dal tempo. L'atomo di idrogeno ed i sistemi idrogenoidi. Funzioni radiali e angolari per lo stato fondamentale e stati eccitati. Atomi a molti elettroni. Metodo di Hartree. Determinanti di Slater. Metodo di Hartree-Fock. Operatori di Coulomb e di scambio. Momento angolare orbitale e di spin. Accoppiamento L-S. Stati atomici e term symbols. Regole di Hund. Struttura elettronica di molecole. Approssimazione di Born-Oppenheimer. Superfici di energia potenziale. Energia di dissociazione. Metodo LCAO-MO. Metodo di Hartree-Fock. Equazioni di Roothaan-Hartree-Fock. Basis set: GTO e CGTO. Basis sets contratte. Correlazione elettronica. Metodo del funzionale densità, DFT. Metodi post-Hartree-Fock: Interazione di configurazione (CI) e MCSCF.
Molecole poliatomiche e gruppi puntuali di simmetria. Proprietà di simmetria di funzioni. Strutture di molecole poliatomiche: SALC. Spettro IR e Raman. Proprietà delle funzioni d'onda Hartree-Fock. Potenziali di ionizzazione ed affinità elettronica, teorema di Koopman. Cariche atomiche, momento di dipolo. Determinazione dei punti stazionari della superficie di energia potenziale. Metodi del gradiente. Stato di transizione. Cammini di energia minima. Le applicazioni in Laboratorio vertono su calcoli ab initio per molecole piccole. Calcoli Roothaan-Hartree-Fock, MP2 e DFT per molecole a guscio chiuso. Dipendenza dell'energia dalla basis set con e senza polarizzazione. Ottimizzazione di geometria: dipendenza di energia, lunghezze ed angoli di legami dalla basis set. Individuazione di possibili isomeri e valutazione della loro stabilità relativa. Valutazione della barriera di energia potenziale per una rotazione libera. Calcolo delle frequenze vibrazionali, energia del punto zero, e grandezze termodinamiche. Analisi dei modi normali di vibrazione. Studio di una reazione: ottimizzazione delle geometrie di minimo dei reagenti e dei prodotti, determinazione dello stato di transizione. Calcolo dell'entalpia di reazione.

Lezioni frontali (32 ore) e applicazioni al calcolatore per sistemi molecolari semplici (24 ore).

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

L’esame consiste in un colloquio orale. La parte principale (70% del colloquio) consiste nell’accertare la capacità dello studente nell’identificare ed esporre succintamente gli elementi di teoria da utilizzare per la soluzione di un problema pratico, impostare i dettagli di un input e discutere la sua soluzione. Argomenti generali di teoria, dettagli su metodi ed algoritmi vengono discussi nel rimante 30% del colloquio.

F. Jensen, Introduction to Computational Chemistry, Wiley, New York (1999).
I. N. Levine, Quantum Chemistry, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey (1991).
P.W. Atkins and R.S. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press, Oxford (1997).
F. Albert Cotton, Chemical Applications of Group Theory, Wiley-Interscience, New York (1990).

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A.A. 2016/2017

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2014/2015

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2013/2014

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE