Università degli studi dell'Insubria

CHIMICA FISICA COMPUTAZIONALE

A.A. di erogazione 2019/2020
Insegnamento opzionale

Laurea Magistrale in CHIMICA
 (A.A. 2019/2020)

Docenti

Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
CHIMICA FISICA (CHIM/02)
Crediti: 
6
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
56
Dettaglio ore: 
Lezione (32 ore), Esercitazione (24 ore)

• Conoscenze e Comprensione
o Equazione di Schroedinger per le molecole
o Separazioni dei moti ed approssimazione di Born-Oppenheimer
o Modelli orbitalici quali i metodi di Hartree-Fock and Density Functional Theory
o Effetti relativistici e loro impatto sulle proprietà molecolari
o Insieme di base (“orbitali”) atomici
o Accuratezza dei metodi di struttura elettronica e loro valutazione critica
o Determinazione delle proprietà molecolari
• Abilità nel applicare conoscenze e comprensione
o Capacità pratica nello scegliere il livello del metodo da impiegare per le proprietà molecolari d’interesse
o Capacità nello scegliere l’insieme di base atomica per il corretto compromesso tra costo computazionale ed accuratezza
o Capacità nell’impostare e sottomettere i calcoli in maniera appropriata
o Analisi critica dei risultati ottenuti
• Capacità comunicative
o Presentazione razionale delle scelte modellistiche
o Discussione critica dei possibili limiti modellistici
• Autonomia
o Scelta dei metodi computazionali appropriati
o Valutazione della corretta esecuzione dei calcoli da parte dei codici impiegati
o Analisi ed interpretazione chimica dei risultati

Prerequisiti: 

Conoscenze, e capacità nell’applicarle a sistemi modello, di Meccanica Quantistica (funzione d’onda e sua interpretazione; osservabili fisiche, i loro operatori e la loro rappresentazione matriciale; algebra lineare; valori d’aspettazione e teorema variazionale dell’energia/varianza dell’energia, teoria delle perturbazioni indipendenti dal tempo) e di Termodinamica Statistica (funzione di partizione e sue relazioni con le funzioni di stato termodinamiche).

Operatore Hamiltoniano molecolare e sua approssimazione à la Born-Oppenheimer (2h); Equazione di Schroedinger elettronica (1h); orbitali atomici idrogenoidi (1h); spin elettronico e sua rappresentazione (1h); determinante di Slater (2h); effetti relativistici (1h); metodo di Hartree-Fock ed Hartree-Fock-Roothan (2h); funzioni d’onda “restricted” (RHF) e “unrestricted” (UHF) (2h); derivate dell’energia media per il metodo di Hartree-Fock (1h); autofunzioni di spin e funzioni multi-determinantali (1h); instabilità degli orbitali molecolari (RHF contro UHF) (1h); insiemi di base atomici (2h); errore di sovra-estensione della base atomica (BSSE) (1h); superfici d’energia potenziale e loro punti stazionari (1.5h); moto rotazionale e vibrazionale delle molecole e predizione delle frequenze d’assorbimento (1.5h); energie ed entalpie di atomizzazione, formazione e di legame (1.5h); forze intermolecolari: interazione elettrostatica, induttiva e dispersiva (1.5h); energia di distorsione dei legami e di stabilizzazione aromatica (0.5h); potenziali di ionizzazione e loro approssimazione à la Koopman, affinità elettroniche e stati eccitati e di Rydberg (1.5h); potenziale elettrostatico della molecola e sua rappresentazione multipolare (1.5h); interazione molecola/campi statici (1.5h); metodi di analisi della popolazione di carica (densità elettronica) tipo “Mulliken”, “Bader” o “Natural Bond Orbital” (1.5h); introduzione alla teoria della reattività chimica (Orbitali Molecolari di Frontiera e teoria “Hard-Soft Acid-Base”) (1.5h). Esercizi al calcolatore con utilizzo di codici per lo studio della struttura elettronica e visualizzatori molecolari (24h).

Lezioni Frontali (32h); Esercitazioni al calcolatore (24h), con discussione sulle possibili applicazioni dei metodi utilizzati nell’ambito della ricerca chimica.

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

La verifica dell’apprendimento atteso avviene in due parti:
• lo sviluppo di un mini progetto da parte dello studente, il cui argomento è concordato con il docente per verificarne la fattibilità e definirne i limiti temporali e l’insieme dei risultati da perseguire;
• successiva presentazione e discussione critica dei risultati del progetto, allo scopo di verificare l’adeguatezza delle scelte modellistiche e la possibile estensione dei risultati del progetto attraverso ulteriori analisi con gli strumenti computazionali introdotti a lezione.

Computational Chemistry; Andrew Leach
Quantum Mechanics in chemistry; Simons-Nichols
Modern Quantum Chemistry; Szabo-Ostlund
Dispense date a lezione; articoli scientifici e didattici, siti web a tema.

Ricevimento: tutti i giorni previo appuntamento da concordare via posta elettronica.

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A.A. 2018/2019

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2017/2018

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

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