66171 - CHIMICA FISICA CON LABORATORIO M

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente sa fornire modelli razionali per la descrizione quantitativa e l'interpretazione dei fenomeni chimici usando metodi fisico matematici. In questo corso ci si focalizza su fenomeni e proprietà di interesse industriale e applicativo cercando da una parte di sviluppare capacità di collegare le proprietà chimico fisiche con i principi fondamentali e dall'altra di acquisire e affinare capacità di descrizione matematica dei fenomeni stessi. Nella parte di laboratorio lo studente sa sviluppare l'approccio chimico fisico ad alcune tematiche di interesse industriale, in pieno accordo con quanto sviluppato nell'insegnamento e focalizzando l'attività sperimentale sulle proprietà superficiali di sistemi chimico fisici.

Contenuti

Prerequisiti.

Conoscenze di base del calcolo differenziale e integrale per funzioni di una variabile reale, termodinamica, meccanica classica, meccanica quantistica, elettromagnetismo.


Programma
Durante il corso lo studente acquisirà le conoscenze relative a modelli razionali per la descrizione quantitativa e l'interpretazione di proprietà molecolari e fenomeni chimici usando metodi fisico- matematici.
Lo scopo del Modulo 1 sarà quello di fornire gli strumenti per comprendere e collegare il mondo microscopico proprio della meccanica quantistica al mondo macroscopico della termodinamica. Inoltre, lo studente acquisisce la conoscenza dei fondamenti e delle applicazioni della chimica computazionale, utile per il calcolo di proprietà microscopiche e macroscopiche.
Lo scopo del Modulo 2 è quello di fornire le basi teoriche della spettroscopia rotazionale, vibrazionale ed elettronica. I concetti teorici saranno completati da esercizi numerici svolti in classe e dalla descrizione qualitativa di alcune tecniche sperimentali.

Il corso coprirà i seguenti argomenti:

Modulo 1: Termodinamica statistica negli ensemble microcanonico e canonico. Relazione fra struttura (potenziale intermolecolare) e proprietà macroscopiche (organizzazione molecolare). Modelli di potenziale. Modellazione Molecular Mechanics. Simulazioni Molecular Dynamics di sistemi molecolari. Simulazione stocastica di cinetiche chimiche. Forze di van der Waals tra molecole e particelle mesoscopiche. Modello di Hamaker. Chimica fisica dei colloidi (doppio strato elettrico, equazione di Poisson-Boltzmann, modello di Gouy-Chapman, lunghezza di schermo di Debye). Superfici solide e microscopie a scansione di sonda (tunnel STM e AFM).

Modulo 2: Breve descrizione dell’interazione radiazione-materia. Livelli energetici molecolari. Spettroscopia rotazionale. Spettroscopia vibrazionale. Spettroscopia elettronica. Spettroscopia
Raman. Spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR). Applicazioni della spettroscopia.

Una descrizione dettagliata del corso, i riferimenti, ed i metodi di valutazione finale possono essere trovati nel syllabus che sarà fornito all'inizio delle lezioni.

 

Testi/Bibliografia

- Michael P. Allen and Dominic J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids, 2nd edition, Oxford University Press, Oxford, 2017.
- Daan Frenkel and Berend Smit, Understanding Molecular Simulation: from Algorithms to Applications, 2nd edition, Academic Press, San Diego, 2001.
- Andrew R. Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications, 2nd edition, Addison Wesley Longman, Essex, 2001.
- Hans-Juergen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl, Physics and Chemistry of Interfaces, 2nd edition, Wiley-VCH, 2006.
- Richard Pashley and Marilyn E. Karaman, Applied Colloid and Surface Chemistry, Wiley, Chichester, 2004.
- John M. Brown, Molecular Spectroscopy, Oxford Chemistry Primers. *Oxford University Press.
- Peter F. Bernath, Spectra of atoms and molecules, Oxford University Press.
- Dispense fornite dai docenti. Il materiale sarà disponibile sul repository di ateneo alla lista degli studenti che frequentano il corso.

Metodi didattici

Modulo 1: Le lezioni si svolgono sia frontalmente, che attraverso l’esecuzione esercitazioni pratiche al calcolatore. Durante le esercitazioni gli studenti redigono un quaderno di laboratorio i cui contenuti sono valutati e discussi durante l'esame orale. La presenza alle esercitazioni pratiche è obbligatoria, mentre non lo è alle lezioni frontali. Tuttavia l'esecuzione delle esercitazioni pratiche sarà più difficile se lo studente non tiene il passo con gli argomenti trattati a lezione.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.


Modulo 2: Le lezioni si svolgono frontalmente e gli studenti vengono stimolati a partecipare con domande e commenti. Saranno svolti esercizi numerici per facilitare l'acquisizione dei concetti teorici. La frequenza è fortemente consigliata.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso l'esame finale, unico per i due moduli, che consiste di una prova scritta e di una successiva prova orale.

La parte scritta prevede esercizi numerici relativi agli argomenti del Modulo 1 e domande vero/falso giustificate relative agli argomenti di entrambi i Moduli 1 e 2.

L’ esame orale riguarderà tutti gli argomenti del corso e comprenderà anche la discussione del quaderno di laboratorio.

Strumenti a supporto della didattica

Risorse: videoproiettore, lavagna, dispense e materiale supplementare on-line. Inoltre, per il Modulo 1, laboratorio informatico con programmi di chimica computazionale.

Orario di ricevimento:

Per il Modulo 1 consulta il sito web di Silvia Orlandi
Per il Modulo 2 consulta il sito web di Filippo Tamassia

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Orlandi

Consulta il sito web di Filippo Tamassia