Insegnamento INORGANIC QUANTUM CHEMISTRY

Nome del corso Scienze chimiche
Codice insegnamento A002020
Curriculum Theoretical chemistry and computational modelling
Docente responsabile Giovanni Bistoni
Docenti
  • Giovanni Bistoni
Ore
  • 73 ore - Giovanni Bistoni
CFU 9
Regolamento Coorte 2022
Erogato Erogato nel 2022/23
Erogato altro regolamento
Attività Caratterizzante
Ambito Discipline chimiche inorganiche e chimico-fisiche
Settore CHIM/03
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento INGLESE
Contenuti La chimica quantistica svolge un ruolo fondamentale nella ricerca chimica internazionale. Sfruttando i metodi della chimica teorica, consente di calcolare strutture, energie, interazioni e proprietà delle molecole, contribuendo allo sviluppo di farmaci, catalizzatori e materiali funzionali.
Lo scopo di questo corso è di presentare e spiegare, ad un livello avanzato, i metodi teorici comunemente utilizzati in chimica quantistica per la risoluzione di problemi chimici.
Testi di riferimento Dispense fornite dal docente, esercizi e tutorial computazionali.

I testi di riferimento sono:
A. Szabo, Neil S. Ostlund. Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory
Obiettivi formativi Una volta completato il corso, gli studenti saranno in grado di:
-Spiegare i principi base e i postulati della teoria quantistica;
-Spiegare i fondamenti teorici, gli ambiti applicativi e i limiti dei moderni metodi di struttura elettronica comunemente utilizzati nella ricerca chimica;
-Scegliere il metodo computazionale più adatto per affrontare ciascuna problematica chimica;
-Implementare semplici metodi struttura elettronica (Hartree-Fock, DFT).
Prerequisiti È necessaria una conoscenza di base della chimica generale, della chimica fisica e della chimica inorganica. Per affrontare le esercitazioni in maniera ottimale, è consigliata la conoscenza (anche rudimentale) di almeno un linguaggio di programmazione.
Metodi didattici Il corso è organizzato in una serie di lezioni frontali abbinate ad esercitazioni pratiche al calcolatore.
Altre informazioni Contattare il docente per informazioni non contenute in queste schede, o per dubbi riguardo ai prerequisiti.
Modalità di verifica dell'apprendimento Esame orale.
Programma esteso Introduzione generale alla teoria quantistica:
Postulati fondamentali, autovalori e autofunzioni, osservabili e operatori, il principio variazionale, il teorema di Helmann-Feynman, relazioni di Heisemberg, stati stazionari e non, leggi di conservazione e simmetria, il processo di misura.

Introduzione al problema elettronico:
Unità atomiche, l’Hamiltoniano, separabilità, l’approssimazione di Born-Oppenheimer, le funzioni d’onda elettroniche, gli orbitali, l’antisimmetria, determinanti di Slater, lo spin, la densità elettronica, energia di un determinante, l’approssimazione di Hartree-Fock, determinanti eccitati, la funzione d’onda elettronica esatta, seconda quantizzazione.

Metodi di struttura elettronica basati sulla funzione d’onda:
Le equazioni di Hartree-Fock e la loro derivazione, gli operatori di Coulomb e di scambio, l’operatore di Fock, proprtietà della funzione d’onda Hartree-Fock, il teorema di Koopman, il teorema di Brillouin, il set di base, le equazioni di Roothan, gli integrali bielettronici e le loro approssimazioni, la procedura SCF. Conseguenze dello spin: UHF vs ROHF. Limiti del metodo Hartree-Fock. La Correlazione elettronica. Interazione di configurazione, CI completa e suo troncamento. Limiti della CI. La teoria delle perturbazioni, serie RSPT. Analisi, calcolo e rappresentazione dei termini RSPT. Møller-Plesset Perturbation Theory e i suoi limiti. L’espansione in cluster della funzione d’donda, introduzione al metodo coupled cluster, cenni sul metodo CCSD(T). Cenni sui metodi teorici basati sulla correlazione locale. Introduzione ai metodi MCSCF, con enfasi su CASSCF e CASPT2. Una breve introduzione alle teorie multi-reference basate sul coupled cluster.

Teoria del funzionale della densità:
I teoremi di Hohenberg e Kohn, il metodo Khon-Sham, funzionali di scambio e correlazione moderni. La scala di Jacobs, dai funzionali LDA ai "double hybrid". Correzioni di Van der Waals.