Chimica Quantistica : Richiami della teoria Hartree Fock. Energia di correlazione elettronica. Metodo Moeller-Plesset. Complessi molecolari e Basis set superposition error. Metodi semiempirici. Metodi DFT. Metodo del dielettrico continuo (PCM). Calcolo di proprieta' molecolari. Meccanica Statistica : Insiemi statistici. Potenziali termodinamici. Teorema del viriale. Fluttuazioni. Tecniche computazionali. Proprieta' strutturali in sistemi complessi.
• Parte prima: Frank Jensen, Introduction to computational Chemistry, Oxford UP, 1999.
Errol Lewars, Introduction and Applications of Molecular and Quantum mechanics, Kluwer 2003.
• Parte seconda: David Chandler, Introduction to Modern Statistical Mechanics, Oxfors UP 1987.
Daan Frenkel and Berend Smit, Understanding Molecular Simulations, Academic Press 2002.
Obiettivi Formativi
Conoscenze: Il corso e' diviso in due parti distinte In una prima parte si intende fornire le basi teoriche essenziali per la moderna chimica quantistica, Nella seconda parte il corso fornisce una introduzione alla meccanica statistica per sistemi complessi (luqidi, mesofasi, sistemi eterogenei etc.)
Metodi Didattici
Numero di ore totali del corso: 150
Numero di ore per studio personale e altre attivita’ formative di tipo individuale:
Numero di ore relative alle attivita’ in aula: 54
Altre Informazioni
Orario di ricevimento
Ogni giorno lavorativo previo appuntamento telefonico (Piero Procacci 055-457-3086 )
Modalità di verifica apprendimento
8 appelli annuali. (Esame Orale)
Programma del corso
Parte prima: CHIMICA QUANTISTICA ( 3 CFU)
·Funzioni di base atomiche. Funzioni di base gaussiane e basis set.
·Teoria Hartree-Fock per atomi e molecole.
·Energia di correlazione elettronica Interazione di configurazione (full CI, CIS e CASSCF)
·Teoria delle perturbazioni (metodo Moeller-Plesset); Metodo Coupled Cluster.
·Calcolo di energie intermolecolari e basis set superposition error.
·Metodi Semiempirici: Metodo di Pariser-Parr-Pople (PPP). Metodo CNDO, INDO e NDDO. Metodi di tipo NDDO parametrizzati su dati sperimentali: MNDO, AM1, PM3. Parametrizzazione dell’energia elettronica in sistemi com- plessi. Cenni sui campi di forza per meccanica molecolare.
·Funzioni e Funzionali. Densita’ elettronica e teoremi di Hoenberg-Kohn Equazioni di Kohn e Sham. Funzionale di Correlazione e scambio: LDA, approssimazione della densit’ locale. LSDA: approssimazione della densita’ locale di spin. Funzionali di correlazioni con correzioni basate sul gradiente della densita’.
·Effetto solvente in sistemi elettronici Metodi a solvente implicito. Modelli di Onsager, metodo del dielettrico continuo polarizzabile (PCM). Ottimizzazione di geometrie e calcolo dell’energia in presenza di solvente implicito. Approcci ibridi: metodo QM/MM.
·Calcolo di proprieta’ molecolari. Ottimizzazione di geometrie, calcolo di energie, calori di formazione, entalpie di reazione. Calcolo di frequenze vibrazionali definizione di entropia vibrazionale di reazione. Transizioni vibroniche e calcolo di spettri di assorbimento e fluorescenza. Calcolo di spettri UV con CIS. Analisi di popolazione, ordine di legame naturale, calcolo di momenti multipolari e calcolo di cariche parziali.
Parte seconda: MECCANICA E TERMODINAMICA STATISTICA (3 CFU)
·Insiemi termodinamici-statistici. Concetto di ensemble, di misura e media statistica e spazio delle fasi nei sistemi a molte particelle. Concetto di equilibrio termodinamico.
·Teorema Ergodico e teorema di Liouville.
·Insieme microcanico, insieme canonico ed insieme gran canonico.
·Potenziali termodinamici (entropia, energia libera, PV ) e funzioni di partizione.
·Teorema del viriale e dell’equipartizione dell’energia. Fluttuazioni.
·Generazione dell’ensemble per sistemi complessi Metodi configurazionali: Metodo Monte Carlo per la simulazione di sistemi complessi. Algorithmo di Metropolis. Monte Carlo a pressione costante. Monte Carlo a potenziale chimico costante. Gibbs ensemble e coesistenza di fasi.
·Metodi dinamici: Metodo della dinamica molecolare. Dinamica molecolare a pressione costante. Dinamica molecolare a temperatura costante.
·Proprieta’ strutturali di sistemi complessi. Funzione di correlazione a coppia: la g(r). Proprita’ termodinamiche della g(r). Misura della g(r) in sistemi complessi mediante scattering di Neutroni. Funzioni di distribuzione radiale ed equilibri chimici in soluzione.
·Meccanica statistica di sistemi fuori dall’equilibrio. Sistemi vicini all’equilbrio; Ipotesi della Regressione di Onsager e Funzioni di Correlazione temporali; Teorema di Fluttuazione e Dissipazione e risposta lineare. Esempi di applicazione del teorema di fluttuazione e dissipazione. Assorbimento infrarosso. Cinetica chimica. Self diffusione ed Equazione di Langevin.