Course Syllabus
Obiettivi
Il primo modulo del Corso di Chimica Fisica Superiore ha un duplice obiettivo: (i) consentire agli studenti di acquisire i concetti fondamentali della chimica quantistica; (ii) consentire l’acquisizione dei principali metodi teorici ab-initio di determinazione della struttura elettronica e delle proprietà di sistemi chimici
Conoscenze e capacità di comprensione acquisite
- Definizioni, principali postulati e teoremi della meccanica quantistica
- Metodologie quantistiche per la descrizione degli atomi e delle molecole, e per il calcolo delle loro proprietà
- Formalismo appropriato per il trattamento di problemi di chimica quantistica
Conoscenze e capacità di comprensione applicative acquisite
A seguito della comprensione del significato fisico e delle condizioni di applicabilità delle leggi e dei teoremi alla base della chimica quantistica, lo studente sarà in grado di applicare questi ultimi alla risoluzione di semplici problemi.
Autonomia di giudizio acquisita
Al termine del corso, lo studente è in grado di valutare le potenzialità e i limiti delle diverse metodologie, ed è quindi in grado di individuare l’approccio quanto-meccanico più appropriato dato il problema da affrontare.
Abilità comunicative
Saper usare correttamente il formalismo della chimica quantistica e saper esporre oralmente con proprietà di linguaggio i fondamenti della disciplina e i casi di studio proposti.
Capacità di apprendere
Capacità di apprendimento da testi di livello universitario che trattino dello studio della chimica quantistica e della chimica teorica e computazionale; sviluppo di competenze critiche nell'analisi di modelli scientifici.
Contenuti sintetici
Fondamenti della meccanica quantistica; teoria perturbativa e metodo variazionale; atomi polielettronici; struttura elettronica molecolare.
Programma esteso
- Richiami e approfondimenti sull’approccio ondulatorio della meccanica quantistica;
- Metodi della meccanica quantistica: calcolo variazionale e metodo perturbativo per la risoluzione dell'equazione di Schrödinger per sistemi polielettronici
- Spin elettronico e antisimmetria.
- Atomi polielettronici.
- Struttura elettronica molecolare: approssimazione di Born-Oppenheimer; teoria degli orbitali molecolari. Approccio Hartree-Fock-Roothan a sistemi molecolari. Esempi di calcolo della struttura elettronica molecolare.
Prerequisiti
Precedente frequenza di un insegnamento di chimica quantistica elementare. Conoscenze di base di matematica e fisica
Modalità didattica
Il modulo di meccanica quantistica prevede 16 lezioni da 2 ore (4 CFU) in presenza, Didattica Erogativa
Materiale didattico
Trasparenze illustrate dal docente a lezione
I.N. Levine, Quantum Chemistry, Prentice Hall.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo anno, primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
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.
Orario di ricevimento
Su appuntamento
Aims
To provide students with the fundamentals of quantum chemistry and present the main methods for calculating structure and properties of molecular systems.
Knowledge and understanding
- The main postulates and theorems of quantum chemistry.
- Methods for calculating properties of atomic and molecular systems.
- The appropriate formalism to treat quantum chemical problems.
Applying knowledge and understanding
Methodologies and mathematical instruments useful to solve the Schrödinger equation for many-electron systems.
Making judgements
- Evaluation of potentialities and limitations of the different methodologies.
- Ability in selecting the most appropriate method to calculate diverse properties for systems with different complexity.
Communication skills
Rigorous use of scientific language and of the quantum chemistry formalism.
Learning skills Activation of critical skills in the analysis of scientific models.
Contents
Principles of quantum mechanics. Variation method and perturbation theory. Many-electron atoms. Molecular electronic structure.
Detailed program
- Review of the main principles of quantum mechanics.
- Solutions to the Schrödinger equation for many-electron systems: the variation method and the perturbation theory.
- Electron spin and antisimmetry.
- Many-electron atoms.
- Molecular electronic structure: the Born-Oppenheimer approximation; the Molecular Orbital theory. The Hartree-Fock method for MO-LCAO calculations. Example calculations of molecular electronic structures.
Prerequisites
Basic knowledge of mathematics, physics and quantum chemistry.
Teaching form
The Quantum Mechanics part of the course is composed by 16 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics
Textbook and teaching resource
Textbook: I.N. Levine, Quantum Chemistry, Prentice Hall; slides from the docent
Semester
First semester
Assessment method
Oral examination. The exam aims at verifying the level of knowledge acquired, the understanding of conceptual approach in the development of the theory presented during the class and the appropriate use of the language by the student.
The final mark of the course "Advanced Physical Chemistry" is the average of the evaluations obtained in the 2 modules. The students can undergo the exams of the 2 modules separately.
Office hours
By appointment