Insegnamento FONDAMENTI DI CHIMICA QUANTISTICA

Nome del corso Chimica
Codice insegnamento 55155106
Curriculum Comune a tutti i curricula
Docente responsabile Francesco Tarantelli
Docenti
  • Francesco Tarantelli
Ore
  • 42 ore - Francesco Tarantelli
CFU 6
Regolamento Coorte 2016
Erogato Erogato nel 2017/18
Erogato altro regolamento
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore CHIM/03
Tipo insegnamento Opzionale (Optional)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento Italiano
Contenuti Concetti fondamentali di meccanica quantistica. La struttura elettronica di atomi e molecole ed i principali modelli di approssimazione. Il modello orbitalico e il metodo Hartree-Fock. Ottimizzazioni di geometria. I limiti del modello HF e i metodi post-HF. Introduzione alla teoria del funzionale della densità.
Testi di riferimento Esaustive dispense scritte e distribuite dal Docente.
Obiettivi formativi Lo studente apprenderà le principali idee e problematiche alla base dei moderni metodi di calcolo rigoroso della struttura elettronica e reattività chimica dei sistemi molecolari. Attraverso esercitazioni acquisirà familiarità con i principali programmi di calcolo e l'analisi dei risultati.
Prerequisiti Conoscenze indispensabili di matematica: nozioni di base su funzioni, derivate e integrali; vettori, matrici e operazioni su di essi.
Conoscenze indispensabili di fisica: meccanica elementare; forza, energia cinetica e potenziale; legge di Newton; legge di Coulomb ed elettrostatica elementare.
È utile che lo studente possieda nozioni elementari di teoria delle probabilità.
Metodi didattici Su tutti gli argomenti del corso vengono impartite lezioni frontali. Durante le lezioni, il docente scrive su tablet le note di illustrazione e accompagnamento. Dopo ciascuna lezione, queste note vengono raccolte in un file pdf e distribuite agli studenti. Dopo i principali capitoli tematici, vengono effettuate sedute di ripetizione e ripasso.
Sui metodi principali illustrati durante il corso, vengono eseguite esperienze pratiche dal docente, usando appropriati programmi di calcolo, e i risultati proiettati e discussi.
Altre informazioni Per ulteriori informazioni contattare il Docente.
Modalità di verifica dell'apprendimento La valutazione avviene tramite un unica prova orale dopo la fine del corso, della durata massima di 30 min, volta ad accertare la comprensione dei principali concetti esposti. All'esaminando viene chiesto di illustrare in generale un paio di temi fondamentali del corso, approfondendo opportunamente alcuni aspetti. Ove necessario lo studente è invitato a servirsi di un foglio o della lavagna per scrivere e commentare le equazioni e i passaggi indispensabili. Il voto finale riflette una media della padronanza con cui i vari aspetti vengono discussi.

Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso Introduzione alla meccanica quantistica. Distribuzioni di probabilità delle osservabili. Distribuzioni discrete e continue. Funzione delta. La funzione d'onda e il suo significato. Valori medi delle grandezze ed operatori quantistici. Proprietà degli operatori. Operatori hermitiani. Funzioni di base. Funzioni d'onda e vettori. Matrici di rappresentazione degli operatori. Equazione di autovalore e suo significato. Spettro discreto e proprietà delle autofunzioni. Principio variazionale. Equazione di autovalore matriciale. Osservabili commutative e non commutative. Il processo di misura quantistico. Cenni sulla equazione di Schroedinger e l'evoluzione temporale degli stati. Stati stazionari. L'approssimazione di Born-Oppenheimer e il problema elettronico. Principio di antisimmetria. Cenni sullo spin. La struttura elettronica di atomi e molecole. Il modello orbitalico. Determinante di Slater. Interazione coulombiana e di scambio. L'operatore di Fock e l'equazione di Hartree-Fock. Visualizzazione ed interpretazione degli orbitali. Energie orbitaliche e loro significato. Orbitali occupati e virtuali. Orbitali atomici e sets di base. Aspetti computazionali del metodo HF. Superfici di energia elettronica e ottimizzazione di geometria. Matrice hessiana e caratterizzazione dei punti stazionari. Stati di transizione e calcolo di profili di reazioni chimiche. I limiti del modello orbitalico. Correlazione elettronica. Cenni al modello dell'interazione di configurazione. Densità elettronica ed introduzione alla teoria del funzionale della densità. Il teorema di Hoenberg e Kohn. L'equazione di Kohn-Sham. Cenni sui potenziali di scambio-correlazione.