Chimica quantistica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Obiettivo dell'insegnamento e' l'acquisizione dei concetti base della teoria quantistica (funzione d'onda, equazione di Schrodinger, quantizzazione dei livelli energetici, etc.) e del loro utilizzo nella descrizione degli atomi e delle molecole.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente sara' in grado di comprendere il significato fisico e le condizioni di applicabilita' delle leggi e teoremi alla base della Chimica Quantistica, applicandoli alla risoluzione di semplici problemi
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Gli albori della teoria quantistica:
Radiazione di corpo nero, effetto fotoelettrico, vibrazioni degli atomi nei cristalli, spettro dell'atomo di idrogeno, onde di De Broglie, Principio di indeterminazione
Equazione d'onda classica:
Equazione d'onda 1D, separazione di variabli, sovrapposizione di modi normali, membrana vibrante.
Equazione di Schroedinger: Operatori Lineari, Problemi ad autovalori, Interpretazione della funzione d'onda, Medie, Particella nella scatola. Effetto tunnel.
Postulati della Meccanica Quantistica: Funzioni di state, Osservabili, Commutatori, Operatori Hermitiani, Operatori Commutanti, Equazione di Schroedinger dipendente dal tempo.
Oscillatore Armonico: Livelli Energetici e Funzioni d'Onda, Polinomi di Hermite, Molecola Diatomica.
Rotatore Rigido: Livello energetici e Armoniche Sferiche.
Atomo di Idrogeno: Livelli energetici e Orbitali.
Metodi Approssimati: Metodi Variazionali, Teoria delle Perturbazioni indipendenti dal tempo e dipendenti dal tempo
Atomi polielettronici Equazioni Hartree Fock, Campo Autoconsistente, Antisimmetria della Funzione d'onda, Determinante di Slater, Termini atomici, il metodo Thomas-Fermi e Thomas-Fermi-Dirac.
Molecole: Approssimazione di Born-Oppenheimer, Teoria degli Orbitali Molecolari, SCF-LCAO. Funzione MO, Equazioni di Hartree-Fock-Roothaan. Metodi post-Hartree-Fock: interazione di configurazioni (CI), Full CI, metodi multiconfigurazionali, metodi perturbativi (Moeller-Plesset) e Coupled cluster. Teoria del funzionale density (DFT). I teoremi di Hohenberg-Kohn e il funzionale di scambio e correlazione.
Radiazione di corpo nero, effetto fotoelettrico, vibrazioni degli atomi nei cristalli, spettro dell'atomo di idrogeno, onde di De Broglie, Principio di indeterminazione
Equazione d'onda classica:
Equazione d'onda 1D, separazione di variabli, sovrapposizione di modi normali, membrana vibrante.
Equazione di Schroedinger: Operatori Lineari, Problemi ad autovalori, Interpretazione della funzione d'onda, Medie, Particella nella scatola. Effetto tunnel.
Postulati della Meccanica Quantistica: Funzioni di state, Osservabili, Commutatori, Operatori Hermitiani, Operatori Commutanti, Equazione di Schroedinger dipendente dal tempo.
Oscillatore Armonico: Livelli Energetici e Funzioni d'Onda, Polinomi di Hermite, Molecola Diatomica.
Rotatore Rigido: Livello energetici e Armoniche Sferiche.
Atomo di Idrogeno: Livelli energetici e Orbitali.
Metodi Approssimati: Metodi Variazionali, Teoria delle Perturbazioni indipendenti dal tempo e dipendenti dal tempo
Atomi polielettronici Equazioni Hartree Fock, Campo Autoconsistente, Antisimmetria della Funzione d'onda, Determinante di Slater, Termini atomici, il metodo Thomas-Fermi e Thomas-Fermi-Dirac.
Molecole: Approssimazione di Born-Oppenheimer, Teoria degli Orbitali Molecolari, SCF-LCAO. Funzione MO, Equazioni di Hartree-Fock-Roothaan. Metodi post-Hartree-Fock: interazione di configurazioni (CI), Full CI, metodi multiconfigurazionali, metodi perturbativi (Moeller-Plesset) e Coupled cluster. Teoria del funzionale density (DFT). I teoremi di Hohenberg-Kohn e il funzionale di scambio e correlazione.
Prerequisiti
Conoscenze matematiche e fisiche dei corsi di base di Istituzioni di matematica, Fisica generale e Chimica Fisica della materia e fondamenti di spettroscopia della laurea triennale in chimica o Istituzioni di matematica, Fisica e Chimica Fisica I and II della laurea triennale in chimica industriale e gestionale.
Metodi didattici
Il corso sarà erogato con lezioni frontali alla lavagna o mediante presentazioni elettroniche. Il corso è erogato in italiano. La frequenza è fortemente consigliata. 6 CFU: 48 ore di lezioni frontali.
Materiale di riferimento
- D.A. McQuarrie, Quantum chemistry, 2nd ed., University Science Books, USA, 2008
- P. Atkins and R. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press.
- P. Atkins and R. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in un colloquio orale o una prova scritta, mediamente di 40 minuti. Allo studente è richiesto di aver compreso il significato fisico e le condizioni di applicabilità delle leggi e teoremi discussi nel corso delle lezioni. Per verificarne la comprensione, sarà inoltre richiesto, sotto la guida e la supervisione dei docenti, di svolgere semplici esercizi su argomenti illustrati a lezione. Il voto è in trentesima e ottenuto dalla media delle due parti.
Docente/i
Ricevimento:
Massima disponibilità previo appuntamento email
Dipartimento di Chimica, Corpo B, R10 S
Ricevimento:
preferibilmente lunedi mattina o previo appuntamento
studio