Anno di corso: 1

Anno di corso: 2

Crediti: 6
Crediti: 6
Crediti: 12
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 11
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 30
Tipo: Altro

CHIMICA FISICA SUPERIORE

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2018/2019
Anno di corso: 
1
Anno accademico di erogazione: 
2018/2019
Tipo di attività: 
Obbligatorio
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
8
Ciclo: 
Annualita' Singola
Ore di attivita' didattica: 
64
Prerequisiti: 

Modulo 1
Conoscenze di base di matematica, fisica, e chimica quantistica.

Modulo 2
Termodinamica classica, calcolo di funzioni a più variabili, conoscenza elementare dei fondamenti della meccanica quantistica.

Moduli

Metodi di valutazione

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Modulo 1
Esame orale. Il colloquio orale è volto a verificare il livello delle conoscenze acquisite, la comprensione dell’approccio concettuale nello sviluppo della teoria presentata durante il corso ed il corretto uso del linguaggio da parte dell'esaminando/a.
Il voto finale dell'insegnamento "Chimica Fisica Superiore" è la media dei voti acquisiti nei 2 moduli. Lo studente può, a sua richiesta, sostenere prove separate sui due moduli.

Modulo 2
Esame orale. Lo studente può, a sua richiesta, sostenere prove separate sui due moduli. Non sono previste prove intermedie.

Il colloquio orale è volto a verificare il livello delle conoscenze acquisite, la comprensione dei principali snodi concettuali nello sviluppo della teoria presentata durante il corso ed il corretto uso del linguaggio da parte dell'esaminando/a.

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

Modulo 1 -
Fornire agli studenti gli elementi teorici della chimica quantistica e introdurre i principali metodi per il calcolo di struttura e proprietà molecolari.

Conoscenze e capacità di comprensione acquisite

Principali postulati e teoremi alla base della meccanica quantistica.
Metodologie per il calcolo delle proprietà dei sistemi atomici e molecolari.
Formalismo appropriato per il trattamento di problemi di chimica quantistica.
Conoscenze e capacità di comprensione applicative acquisite

Procedure e strumenti matematici per la risoluzione approssimata dell’equazione di Schrödinger per sistemi polielettronici.
Autonomia di giudizio acquisita

Valutazione delle potenzialità e dei limiti delle diverse metodologie.
Capacità di selezionare il metodo più adatto per il calcolo delle diverse proprietà e per sistemi a diverso grado di complessità.
Abilità comunicative

Uso rigoroso del linguaggio scientifico e dei formalismi della chimica quantistica.

Capacità di apprendere

Attivazione di competenze critiche nell'analisi di modelli scientifici.

Modulo 2 -
Obiettivo del corso è di fornire agli studenti un’introduzione alla meccanica statistica e alle sue applicazioni in campo chimico.

Conoscenze e capacità di comprensione acquisite

Metodologie di analisi statistica di sistemi a molte particelle
Procedure per il calcolo delle grandezze termodinamiche a partire da modelli microscopici di sistemi a molte particelle
Strumenti matematici di base per il calcolo della funzione di partizione
Metodologie idonee alla descrizione approssimata di sistemi interagenti classici e quantistici
Conoscenze e capacità di comprensione applicative acquisite

Determinazione delle equazioni di stato e dei potenziali termodinamici di sistemi di interesse chimico
Valutazione del limite di applicabilità dell'approssimazione classica in sistemi di interesse chimico
Autonomia di giudizio acquisita

Valutazione dell'appropriatezza delle tecniche di calcolo numerico utilizzate in codici di simulazione commerciali
Capacità di analisi critica delle procedure di costruzione assiomatica di teorie scientifiche
Abilità comunicative

Uso rigoroso del linguaggio naturale in ambito scientifico

Capacità di apprendere

Attivazione di competenze critiche nell'analisi di modelli scientifici

Contenuti

Modulo 1
Principi della meccanica quantistica. Metodo variazionale e teoria perturbativa. Atomi polielettronici. Struttura elettronica molecolare.

Modulo 2
Insiemi statistici e spazio delle fasi. Distribuzioni di densità degli stati. Principio di eguale probabilità a priori. Condizioni di equilibrio statistico. Teorema di Liouville. Teorema H. Insiemi microcanonici, canonici e gran-canonici. Funzione di partizione. Il gas perfetto monoatomico classico e quantistico.

Programma esteso

Modulo 1
Richiami ai principi fondamentali della meccanica quantistica.
Risoluzione dell'equazione di Schrödinger per sistemi polielettronici: metodo variazionale e teoria perturbativa.
Spin elettronico e antisimmetria.
Atomi polielettronici.
Struttura elettronica molecolare: approssimazione di Born-Oppenheimer; teoria degli orbitali molecolari e del legame di valenza. Il metodo di Hartree-Fock per i calcoli MO-LCAO. Esempi di calcolo della struttura elettronica molecolare.

Modulo 2
Rappresentazione lagrangiana dell’equazione del moto. Momenti generalizzati e equazione canonica del moto. Insiemi statistici e spazio delle fasi. Distribuzioni di densità degli stati.. Principio di eguale probabilità a priori. Teorema di Liouville. Condizioni di equilibrio statistico. Insiemi microcanonici, canonici e gran-canonici. La legge di distribuzione di Maxwell-Boltzmann in un insieme microcanonico. Il principio di equipartizione. Il teorema H di Boltzmann. Applicazioni della meccanica statistica: insiemi di particelle libere; insiemi di particelle confinate; particelle in un campo di forze armonico; insiemi di particelle dotate di spin. Applicazioni a sistemi termodinamici di rilievo chimico: il gas perfetto monoatomico; miscele perfette di gas; gas non ideali. Cenni alle distribuzioni quantistiche di Bose-Einstein e di Fermi-Dirac.

Bibliografia consigliata

Modulo 1
Dispense del docente.
I.N. Levine, Quantum Chemistry, Prentice Hall.

Modulo 2
Dispense del docente
Reif, Frederick, Fundamentals of statistical and thermal physics, McGraw-Hill book. 1965. xx, 651 p. ill.

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Modulo 1
Lezioni frontali

Modulo 2
L'insegnamento è ripartito in due moduli, erogati da Laura Bonati (meccanica quantistica) e da Dario Narducci (meccanica statistica). Il corso è svolto in modalità frontale.

Contatti/Altre informazioni

Modulo 1
Primo anno, primo semestre

Modulo 2
Primo anno, secondo semestre