Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (16/09/2024 - 20/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso di CHIMICA COMPUTAZIONALE: DAGLI ATOMI AI MATERIALI, DALLE MOLECOLE ALLA BIOCHIMICA si pone l’obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze basilari della chimica computazionale. Verranno presentate le tecniche computazionali più importanti e diffuse per lo studio sia dei sistemi molecolari organici e inorganici, sia per lo studio di materiali per le tecnologie più avanzate, come i semiconduttori ibridi organici-inorganici per il fotovoltaico di terza generazione e per i triboelectric nanogenerators (vedere www.electro-intrusion.eu).
Prerequisiti
Non vi sono regole di propedeuticità ma si consiglia vivamente di aver acquisito i concetti di base di matematica, meccanica (fisica). Verranno forniti i rudimenti di meccanica quantistica necessari ad affrontare i temi del corso.
Metodi didattici
Il corso è organizzato in 18 ore di didattica di stampo teorico al fine di trasferire e spiegare i contenuti del programma, accompagnata da altrettante ore di esercitazioni pratiche che potranno esser svolti sul computer degli studenti o su macchine messe a disposizione dal docente.
In via sperimentale, quest'anno si introdurranno delle lezioni di laboratorio svolte in collaborazione col Se@ per la visualizzazione di strutture molecolari ed elettroniche in realtà virtuale: UNIFE fornirà agli studenti gli apparati di VR per "passeggiare" tra atomi ed elettroni.
Sarà scopo del corso anche il rafforzamento della capacità di collegare il mondo macroscopico osservato con quello microscopico attraverso il linguaggio simbolico della chimica computazionale, nonché usare le tecniche di computing per meglio illustrare gli argomenti descritti nella parte teorica del corso.
NB: Il corso, anche nelle sue lezioni teoriche, verrà offerto in modalità "in presenza": studenti e docente concorderanno un calendario che prenda in considerazione e non confligga con gli altri impegni dello studente. Concordemente con le direttive dell'ateneo, le lezioni verranno offerte ANCHE (NON SOLO) in modalità registrata e streaming.
In via sperimentale, quest'anno si introdurranno delle lezioni di laboratorio svolte in collaborazione col Se@ per la visualizzazione di strutture molecolari ed elettroniche in realtà virtuale: UNIFE fornirà agli studenti gli apparati di VR per "passeggiare" tra atomi ed elettroni.
Sarà scopo del corso anche il rafforzamento della capacità di collegare il mondo macroscopico osservato con quello microscopico attraverso il linguaggio simbolico della chimica computazionale, nonché usare le tecniche di computing per meglio illustrare gli argomenti descritti nella parte teorica del corso.
NB: Il corso, anche nelle sue lezioni teoriche, verrà offerto in modalità "in presenza": studenti e docente concorderanno un calendario che prenda in considerazione e non confligga con gli altri impegni dello studente. Concordemente con le direttive dell'ateneo, le lezioni verranno offerte ANCHE (NON SOLO) in modalità registrata e streaming.
Verifica Apprendimento
Obiettivo della prova d’esame è verificare se lo studente abbia raggiunto gli obiettivi formativi di questo insegnamento.
Lo studente potra' scegliere se svolgere una prova tradizionale, consistente in un colloquio basato su domande e risposte, o svolgere un piccolo progetto computazionale che illustrerà al docente per mezzo di una presentazione, al quale seguirà una discussione sui risultati del progetto e sui temi teorici connessi.
Lo studente potra' scegliere se svolgere una prova tradizionale, consistente in un colloquio basato su domande e risposte, o svolgere un piccolo progetto computazionale che illustrerà al docente per mezzo di una presentazione, al quale seguirà una discussione sui risultati del progetto e sui temi teorici connessi.
Testi
Gli argomenti trattati in questo corso sono discussi in diversi libri e lo studente è libero di scegliere un qualsiasi testo di livello universitario di “Computational Chemistry”.
Il docente si sente di consigliare i seguenti libri:
Jensen, F. (2017). Introduction to Computational Chemistry (3° edition). Wiley.
Cramer, C. J. (2004). Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models (2° Edition). Jophn Wiley & Sons.
Inoltre, lo studente riceverà del materiale selezionato dal docente che permetta lo studio dei temi discussi nel corso.
Il docente si sente di consigliare i seguenti libri:
Jensen, F. (2017). Introduction to Computational Chemistry (3° edition). Wiley.
Cramer, C. J. (2004). Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models (2° Edition). Jophn Wiley & Sons.
Inoltre, lo studente riceverà del materiale selezionato dal docente che permetta lo studio dei temi discussi nel corso.
Contenuti
Il corso prevede 36 ore (6 CFU) divise tra didattica frontale ed esercitazioni di laboratorio computazionale.
Gli argomenti affrontati saranno:
- Cenni teorici (2 ore):
-- Equazioni di Schrödinger dipendenti e indipendenti dal tempo.
-- Forme approssimate dell’equazione di Schrödinger per atomi polielettronici e molecole.
-- Tecniche per la loro soluzione numeriche.
- Atomi: la tabella periodica al computer (6 ore).
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: usare un supercomputer per studiare la chimica: i sistemi operativi Unix/Linux/OSX.
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: la tabella periodica computazionale
- Molecole (7 ore)
-- Struttura elettronica delle molecole ed il concetto di legame chimico – legami singoli, legami multipli, etc.
-- Struttura atomica delle molecole: la geometria molecolare più probabile, i conformeri e gli isomeri
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: identificazione delle strutture stabili e metastabili delle molecole e loro stabilità relativa.
- Studio delle reazioni chimiche (5 ore).
-- Elementi di meccanica statistica per la formulazione teorica del problema delle reazioni chimiche: la teoria dello stato di transizione
-- Metodi per la studio dei meccanismi di reazione e relativa barriera di energia.
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: ricerca del meccanismo di reazione e barriere energetiche delle reazioni SN1 e SN2.
- I solidi (9 ore).
-- La struttura elettronica dei solidi, l’orbitale di Bloch, i numeri quantici dei solidi, la zona di Brillouin, la struttura a bande.
-- Formulazione della meccanica quantistica dello stato fondamentale secondo la teoria del funzionale della densità.
-- Metodi per lo studio della struttura a bande dei solidi
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: i) struttura a bande di solidi, band gap diretta e indiretta; ii) polimorfismo dei solidi.
- Sistemi chimici a temperatura operativa (7 ore).
-- La dinamica molecolare per la simulazione dei sistemi in condizioni di laboratorio.
-- Modelli classici per la descrizione delle interazioni intermolecolari: il “force field".
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: i) confronto tra la struttura dell’acqua liquida e ghiaccio alla temperatura della transizione di fase: a) la funzione di correlazione di coppia di solidi e liquidi, b) il diffrattogramma di raggi X delle due fasi; Bagnamento di superfici idrofobiche planari e porose: il problema degli eventi rari in fase condensata.
Gli argomenti affrontati saranno:
- Cenni teorici (2 ore):
-- Equazioni di Schrödinger dipendenti e indipendenti dal tempo.
-- Forme approssimate dell’equazione di Schrödinger per atomi polielettronici e molecole.
-- Tecniche per la loro soluzione numeriche.
- Atomi: la tabella periodica al computer (6 ore).
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: usare un supercomputer per studiare la chimica: i sistemi operativi Unix/Linux/OSX.
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: la tabella periodica computazionale
- Molecole (7 ore)
-- Struttura elettronica delle molecole ed il concetto di legame chimico – legami singoli, legami multipli, etc.
-- Struttura atomica delle molecole: la geometria molecolare più probabile, i conformeri e gli isomeri
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: identificazione delle strutture stabili e metastabili delle molecole e loro stabilità relativa.
- Studio delle reazioni chimiche (5 ore).
-- Elementi di meccanica statistica per la formulazione teorica del problema delle reazioni chimiche: la teoria dello stato di transizione
-- Metodi per la studio dei meccanismi di reazione e relativa barriera di energia.
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: ricerca del meccanismo di reazione e barriere energetiche delle reazioni SN1 e SN2.
- I solidi (9 ore).
-- La struttura elettronica dei solidi, l’orbitale di Bloch, i numeri quantici dei solidi, la zona di Brillouin, la struttura a bande.
-- Formulazione della meccanica quantistica dello stato fondamentale secondo la teoria del funzionale della densità.
-- Metodi per lo studio della struttura a bande dei solidi
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: i) struttura a bande di solidi, band gap diretta e indiretta; ii) polimorfismo dei solidi.
- Sistemi chimici a temperatura operativa (7 ore).
-- La dinamica molecolare per la simulazione dei sistemi in condizioni di laboratorio.
-- Modelli classici per la descrizione delle interazioni intermolecolari: il “force field".
-- Esercitazione di laboratorio computazionale: i) confronto tra la struttura dell’acqua liquida e ghiaccio alla temperatura della transizione di fase: a) la funzione di correlazione di coppia di solidi e liquidi, b) il diffrattogramma di raggi X delle due fasi; Bagnamento di superfici idrofobiche planari e porose: il problema degli eventi rari in fase condensata.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
CHIMICA
Laurea
3 anni
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Persone
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