66294 - TERMODINAMICA E MODELLISTICA MOLECOLARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce: - i fondamenti della termodinamica statistica e le sue applicazioni nel campo della termodinamica classica e della spettroscopia; - la dinamica di reazione molecolare e le sue applicazioni termodinamiche e spettroscopiche. Attraverso le conoscenze acquisite, lo studente è in grado di legare il mondo microscopico proprio della meccanica quantistica e della spettroscopia al mondo macroscopico della termodinamica e della cinetica. Inoltre, lo studente ha conoscenza dei fondamenti e delle applicazioni della chimica computazionale. Con tali conoscenze, lo studente possiede i più avanzati strumenti di calcolo di proprietà microscopiche e macroscopiche.

Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una buona preparazione nei fondamenti della matematica, fisica, meccanica quantistica, termodinamica, cinetica e spettroscopia molecolare.

Programma: Le grandi tematiche affrontate dal corso sono la termodinamica statistica e la chimica computazionale. La prima permetterà allo studente di legare il mondo microscopico proprio della meccanica quantistica e della spettroscopia al mondo macroscopico della termodinamica e della cinetica. Le seconda tematica permetterà allo studente di entrare in possesso degli strumenti di calcolo delle proprietà microscopiche e macroscopiche affrontate nel corso della prima tematica.

Contenuto della parte teorica (lezioni frontali: 4 CFU):

1) Termodinamica Statistica: fondamenti
- probabilitá e statistica
- insiemi statistici e statistiche

2) Termodinamica Statistica di Equilibrio
- termodinamica statistica di miscele ideali
- proprietá termodinamiche

3) Termodinamica Statistica di Non-Equilibrio
- cinetica di reazioni chimiche
- dinamica di reazioni chimiche

4) Termodinamica e Spettroscopia: l'approccio computazionale
- il calcolo computazionale: fondamenti
- il calcolo computazionale: applicazioni

Contenuto della parte di esercitazioni numeriche.

5) Esercici numerici (esercitazioni: 1 CFU):

- probabilitá e statistica

- calcolo delle funzioni di partizione (traslazionale, rotazionale, vibrazionale, …) e delle grandezze ad esse correlate

- calcolo dei parametrici termodinamici e cinetici

Contenuto della parte di laboratorio.

6) Esercitazioni di laboratorio (laboratorio: 1 CFU):

- calcolo quanto-meccanico delle grandezze spettroscopiche necessarie al calcolo delle varie funzioni di partizione

- calcolo quanto-meccanico di grandezze termodinamiche

- calcolo quanto-meccanico diproprietà spettroscopiche

Testi/Bibliografia

Fondamentale sarà l'utilizzo di materiale distribuito dal docente (dispense) reso disponibile in rete (sul dispositivo istituzionale dei materiali didattici su Virtuale) e delle diapositive presentate a lezione (disponibili su Virtuale). La risoluzione di esercizi e di verifiche scritte di precedenti anni accademici è also disponibile (su Virtuale).

Per ulteriori approfondimenti si consigliano:

1) P. Atkins - J. De Paula, Chimica Fisica, Zanichelli (IV edizione italiana)

2) D. A. McQuarrie - J. D. Simon, Chimica Fisica: un approccio molecolare, Zanichelli

3) D. A. McQuarrie, Statistical Mechanics, University Science Books (2000)

4) C. J. Cramer. Essentials of Computational Chemistry. Theories and Models. Wiley - 2nd edition

5) F. Jensen. Introduction to Computational Chemistry. Wiley - 2nd edition

Metodi didattici

Il corso consta di tre parti. La prima, teorica, è costituita da lezioni frontali (4 CFU) in cui le nozioni vengono introdotte con il supporto della videoproiezione. La seconda parte consiste in esercitazioni numeriche (svolte alla lavagna) atte all’'applicazione delle nozioni acquisite nel corso della parte teorica (1 CFU). Infine, la terza parte prevede attività di laboratorio informatico atte all'’applicazione delle nozioni acquisite (1 CFU). In dettaglio, vengono svolte 3 esperienze sviluppate nell’'arco di quattro pomeriggi e precedute dagli opportuni tutorial per i software utilizzati.

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 avviene attraverso l'esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta, e le relazioni di laboratorio, consegnate dallo studente entro la data prefissata ad inizio del corso (orientativamente attorno al 20 giugno) sulla base delle date fissate per il laboratorio.

La durata della prova scritta è di 120 minuti ed è strutturata nel seguente modo:

- Risoluzione di brevi (circa 12) esercizi numerici (simili a quelli svolti a lezione). Ogni risoluzione corretta vale 1 punto (nel caso di un esercizio dal valore di 2 punti, esso corrisponde a 2 esercizi e pertanto il numero totale viene diminuito).

- Domande (circa 16) di argomenti svolti nel corso della parte teorica. Ciascuna domanda ha il valore di 1 punto (nel caso di una domanda dal valore di 2 punti, esso corrisponde a 2 esercizi e pertanto il numero totale viene diminuito). 

Nel corso della prova scritta è ammesso l'uso della calcolatrice. Le costanti fondamentali e i fattori di conversione necessari per la risoluzione degli esercizi vengono forniti contestualmente al testo dello scritto.

Il voto della prova scritta viene calcolato sulla base del punteggio totale, ottenuto dalla risoluzione degli esercizi e dalle risposte alle domande, rapportandolo alla votazione in 30esimi. 

Il voto finale è dato per 2/3 dal voto della prova scritta e da 1/3 dal voto ottenuto nelle relazioni di laboratorio.

 

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti:

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.

 

Strumenti a supporto della didattica

1) Lezioni (ed esercizi) tenute alla lavagna e con supporto del video-proiettore. Dispense e slides sono fornite.

2) Esercitazioni di chimica e specttroscopia computazionale applicati alla termodinamica statistica e alla termochimica (laboratorio informatico). Dispense e tutorial sono forniti.

3) Risoluzione guidata di esercizi e esami scritti.

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Cristina Puzzarini