Obiettivi formativi
Conoscenze e comprensione: il corso intende fornire gli strumenti di base della meccanica quantistica e delle sue applicazioni in ambito chimico
Conoscenza e capacità di comprensione applicata: il corso fornisce gli strumenti per reinterpretare in modo formale le conoscenze chimiche di base acquisite (funzione d'onda, orbitali, legame chimico, spin, etc...) nei corsi precedenti per rinforzare un quadro coerente e solido di conoscenze di base in ambito chimico.
Capacità di apprendere: oltre agli strumenti metodologici il corso fornisce agli studenti il linguaggio di base della quantomeccanica chimica, mettendo lo studente in grado di leggere e comprendere testi avanzati.
Capacità di comunicare: Acquisizione del linguaggio tecnico-specialistico che permette allo studente di dialogare con specialisti in ambito chimico e fisico e di tradurre concetti anche complessi in un linguaggio comprensibile al non-specialista.
Prerequisiti
Si richiede una buona padronanza degli strumenti matematici e una buona conoscenza dei concetti di fisica di base.
Contenuti dell'insegnamento
Alcune soluzioni esatte dell'equazione di Schrödinger
Metodi di approssimazione
Simmetria in quanto-meccanica
Atomi e molecole alcuni concetti di base
Struttura atomica
Struttura molecolare
Programma esteso
Introduzione alla meccanica quantistica
*l'esperimento della doppia fenditura, la polarizzazione dei fotoni e il concetto di sovrapposizione
*stati ed operatori in quanto-meccanica, vettori e matrici
*osservabili, autostati e il concetto di misura
*commutabilità e compatibilità
*rappresentazione di Schrödinger
*equazione di Schrödinger
Alcune soluzioni esatte dell'equazione di Schrödinger
*la particella libera
*la particella nella scatola
*l'oscillatore armonico
*il rotatore rigido, digressione su momenti angolari e spin
*atomo idrogenoide
Metodi di approssimazione
*teoria delle perturbazioni per stati stazionari
*metodo variazionale
Simmetria in quanto-meccanica
*simmetria e teoria dei gruppi
*simmetria e quantomeccanica
*simmetrie puntuali e continue
*simmetrie di scambio: bosoni e fermioni
Atomi e molecole alcuni concetti di base
*l'approssimazione adiabatica (o di Born-Oppenheimer)
*approssimazione di campo medio e orbitali atomici/molecolari
Struttura atomica
*configurazioni ed aufbau
*accoppiamento dei momenti angolari
*accoppiamento spin-orbita
Struttura molecolare
*il legame chimico: la molecola di idrogeno
*le molecole biatomiche omonucleari
*le molecole poliatomiche eteronucleari
*orbitali ibridi
*i complessi dei metalli di transizione
*metodi per il calcolo della struttura elettronica molecolare, cenni
*il metodo di Huckel
*vibrazioni nelle molecole poliatomiche
Bibliografia
come manuale si consiglia
P.W. Atkins and R.S. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press, 2011 - quinta edizione
per alcuni argomenti il manuale verrà integrato da dispense.
Metodi didattici
Il corso, integrato con il corso di laboratorio, prevede 40 ore di lezioni frontale dove si introdurrano gli argomenti fondamentali, e in 15 ore di esercitazioni, utili ad applicare le conoscenze acquisite a specifici problemi, così da confermare e consolidare le competenze.
Modalità verifica apprendimento
L'esame, integrato per gli studenti della Laurea in Chimica, con l'esame di Laboratorio di Chimica Fisica II, viene condotto per verificare (a) l'acquisizione dei concetti di base della meccanica quantistica e della loro applicazione ai problemi di interesse chimico; (b) la capacità dello studente di esporre i concetti in modo chiaro, usando adeguatamente il linguaggio tecnico-scientifico, (c) la capacità di affrontare problemi chimici usando gli strumenti formali della meccanica quantistica; (d) per la parte di laboratorio la capacità di estrarre informazione dall'analisi di dati.
L'esame prevede una pre-selezione sulla base di una semplice prova scritta atta a valutare se lo studente conosce i concetti di base, seguita da prova orale per gli studenti ammessi. La prova orale è costituita da una prima domanda relativa ad un'esperienza di laboratorio, e due ulteriori domande su argomenti del corso teorico. Per superare l'esame lo studente deve dimostrare una padronanza minima della materia in termini sia di contenuti che di abilità espressive.
Altre informazioni
materiale didattico è disponibile in rete.
Il docente riceve gli studenti per chiarimenti e discussioni, previo appuntamento.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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