B1721 - MODELLIZZAZIONE COMPUTAZIONALE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente avrà rivisitato i concetti di atomi, molecole, orbitali molecolari e la teoria del legame sulla base della teoria quantistica. L'insegnamento si propone di introdurre i metodi computazionali principali per i sistemi molecolari accanto alle principali tecniche di modellazione. Lo studente applicherà tali conoscenze in sessioni pratiche di laboratorio computazionale.

Contenuti

Il corso viene erogato in due moduli dai contenuti distinti ma con attività di laboratorio computazionale congiunte. Il modulo A illustra le tecniche più comuni per la modellazione molecolare con metodi quanto-meccanici (QM). Il modulo B affronta le tecniche di simulazione di sistemi complessi con le metodologie della fisica classica.

Gli argomenti principali trattati nel modulo di simulazione quantistica sono:

- Risoluzione approssimata dell’equazione di Schrödinger: orbitali atomici, funzioni di base e orbitali molecolari, metodo Hartree-Fock applicati alle molecole

- Metodo del funzionale della densità (DFT): teoria e applicazioni al calcolo di cammini di reazione

- Metodo Time-Dependent DFT per il calcolo di proprietà ottiche e di stato eccitato

- Descrizione dell’effetto di matrici e solventi con metodi impliciti e metodi ibridi QM/MM

Gli argomenti principali trattati nel modulo di simulazione classica sono:

- Metodi Monte Carlo: teoria, osservabili e applicazioni

- Monte Carlo Cinetico: teoria e applicazioni alla cinetica chimica

- Meccanica Molecolare (MM) e campi di forze

- Simulazioni di Dinamica molecolare: teoria, osservabili e applicazioni

I laboratori computazionali, oltre che a consolidare e a mostrare applicazioni pratiche delle tematiche trattate durante le lezioni frontali, serviranno ad illustrare concetti e software di grafica molecolare e di analisi dati.

Testi/Bibliografia

Christopher J. Cramer, “ESSENTIALS OF COMPUTATIONAL CHEMISTRY: theories and models”, Wiley, 2013.

Andrew R. Leach, “MOLECULAR MODELLING, principles and applications” Pearson education, 2001

Andrea Bottoni, “Introduzione alla Chimica Organica Computazionale”, EdiSES, 2023

Ronald W. Shonkwiler, Franklin Mendivil “Explorations in Monte Carlo Methods”, Springer, 2024

Daan Frenkel, Berend Smit “Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications”, Academic Press, 2023

Metodi didattici

Lezioni frontali supportate da presentazioni powerpoint.

Sono previste anche diverse sessioni pratiche di laboratorio informatico e la preparazione di report per tali attività

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.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento sarà effettuata attraverso:

1) la valutazione delle relazioni dei laboratori sperimentale e informatico,sulla base dei seguenti criteri: organizzazione, comprensione dell'esperimento, chiarezza, completezza, leggibilità e coerenza interna. (50%)

2) una prova orale durante la quale verranno poste domande teoriche e si discuterà il contenuto delle relazioni. (50%)

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna, videoproiettore, laboratorio informatico, presentazioni PowerPoint.

Tutte le informazioni e il materiale del corso saranno reperibili sulla piattaforma virtuale.unibo.it

 

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Muccioli

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