Richiami di meccanica statistica. Insiemi termodinamici. Simulazioni di dinamica molecolare e Monte Carlo. Metodi per il calcolo dell'energia libera. Metodi avanzati per il campionamento dello spazio delle fasi. Approcci basati su insiemi generalizzati e tecniche non-Boltzmaniane. Calcolo di costanti di equilibrio mediante trasformazioni alchemiche. Termodinamica statistica di non-equilibrio. Formulazione statistica del secondo principio della termodinamica. Esercitazioni al calcolatore.
1) Titolo: Free Energy Calculations (Theory and Applications in
Chemistry and Biology)
Editori: Christophe Chipot, Andrew Pohorille
Springer Series in CHEMICAL PHYSICS (Volume 86 2007)
ISBN: 978-3-540-38447-2 (Print) 978-3-540-38448-9 (Online).
3) Titolo: Introduction to Modern Statistical Mechanics
Autore: David Chandler
Oxford University Press, 1987.
Obiettivi Formativi
Scopo del corso è quello di fornire conoscenze di base di chimica teorica riguardanti concetti di meccanica e termodinamica statistica di equilibrio e non equilibrio in relazione alla loro applicazione nell'ambito di metodologie di calcolo di proprietà termodinamiche, strutturali e dinamiche di sistemi molecolari.
Prerequisiti
I concetti appresi nella parte di meccanica statistica del corso di "Chimica Fisica Superiore" (B012815) sono molto utili per una proficua frequenza del corso.
Un corso affine, raccomandato come corso a scelta, è "Modellistica Chimica e Dinamica Molecolare" (B012829).
Metodi Didattici
Lezioni di teoria (4 CFU) saranno accompagnate da esercitazioni al calcolatore (2 CFU).
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale.
Programma del corso
Richiami di meccanica statistica. Concetto di insieme statistico-termodinamico. Insiemi microcanonico, canonico, gran canonico ed isobaro-isotermo. Funzioni di partizione. Medie d'insieme e medie temporali. Equilibrio termodinamico. Energia libera e potenziale di forza media. Parametri d'ordine e coordinate di reazione. Concetti base di simulazioni di dinamica molecolare e Monte Carlo. Integrazione termodinamica. Metodo delle perturbazioni dell'energia libera. Campionamento dello spazio delle fasi con approcci basati sulle distribuzioni delle probabilità ed istogrammi. Insiemi generalizzati. Calcolo di costanti di equilibrio e coefficienti di partizione con trasformazioni alchemiche. Termodinamica statistica di non-equilibrio. Calcolo di proprietà di equilibrio da grandezze di non-equilibrio. Teorema delle fluttuazioni transienti di Crooks. Uguaglianza di Jarzynski. Formulazione statistica del secondo principio della termodinamica e di teoremi ad esso correlati. Gli argomenti trattati a lezione saranno oggetto di esercitazioni al calcolatore.