Ateneo - UPO

PARTE TEORICA
Cenni di Meccanica Quantistica: operatori del momento angolare, spettro rotazionale, vibrazioni armoniche, atomo di idrogeno, cenni sui sistemi polielettronici.

Energie molecolari. Calcolo e spettro di energia potenziale, traslazionale, rotazionale, vibrazionale e elettronica.

Introduzione alla Spettroscopia: regole di selezione, tecniche, interpretazione di spettri.

Termodinamica Statistica: insiemi microcanonici e canonici, pesi statistici, distribuzione di Boltzmann. Calcolo della funzione di distribuzione microcanonica. Funzioni termodinamiche.

LABORATORIO
Attraverso esercitazioni di laboratorio verranno applicati i fondamenti delle spettroscopie IR e UV-Vis, della teoria dei gruppi e della cinetica delle reazioni chimiche.

Appunti forniti dal docente
P.W. Atkins e J. De Paula, "Chimica Fisica", Zanichelli
A.C. Philips “Introduction to Quantum Mechanics”, Wiley
I. Levine “Quantum Chemistry”, Prentice Hall

PARTE TEORICA
Fornire solide conoscenze relative ad una descrizione quantitativa dei diversi contributi all'energia molecolare e della spettoscopia molecolare. Introdurre i concetti e le equazioni della meccanica statistica e mostrare le connessioni con la termodinamica classica. Introdurre alcuni concetti di cinetica chimica. Fornire alcune basi di Meccanica Quantistica applicata alla Chimica.
Abilità comunicative: acquisire e saper utilizzare un lessico chimico appropriato in relazione agli argomenti ed alle tecniche trattate nel corso.
Sviluppare la capacità di interpretare i fenomeni chimici in relazione agli argomenti trattati e di approfondire autonomamente eventuali argomenti di interesse.

LABORATORY
L’obiettivo di questo modulo è quello di permettere agli studenti di applicare le nozioni fondamentali riguardanti la cinetica delle reazioni chimiche a problemi reali, attraverso alcune esperienze di laboratorio. Tali esperienze permetteranno agli studenti di acquisire le conoscenze necessarie e la capacità di utilizzare gli strumenti di normale dotazione presso i laboratori chimici, come spettrofotometro UV-Visibile e spettrometro FT-IR.

PARTE TEORICA
Matematica, Fisica, Chimica Fisica I

LABORATORIO
E’ necessario avere acquisito gli argomenti trattati nei corsi di Chimica-Fisica I e Chimica-Fisica II.

PARTE TEORICA
Lezioni frontali; esercitazioni numeriche eseguite dal docente.

LABORATORIO
Lezioni introduttive alle esperienze pratiche di laboratorio, per richiamare le basi chimico-fisiche necessarie per comprendere le procedure e commentare i risultati. Durante le lezioni introduttive saranno spiegate nel dettaglio gli esperimenti che gli studenti dovranno fare in laboratorio. Lo studente dovrà compilare un quaderno di laboratorio e lavorerà in gruppi (formati da due o al massimo tre studenti) sia per lo svolgimento delle esperienze pratiche che per la preparazione della relazione scritta finale. La capacità di apprendimento e l’autonomia di giudizio sarà insegnata attraverso una discussione collegiale dei risultati ottenuti durante il laboratorio.

PARTE TEORICA
Il controllo dell'apprendimento in itinere verrà effettuato attraverso discussioni collegiali in aula sugli argomenti trattati a lezione, e tramite la soluzione collettiva di alcuni esercizi.

LABORATORIO
Un primo livello di controllo dell'apprendimento viene fatto sulla base di una discussione dei dati ottenuti durante la quale gli studenti illustrano le esperienze realizzate in laboratorio e ne commentano in modo critico i risultati. Questo viene fatto a conclusione di ogni specifico argomento trattato. Un controllo ulteriore viene fatto sulla base di una relazione scritta.

PARTE TEORICA
Esame orale, costituito da alcune domande sui vari argomenti di Spettroscopia, Termodinamica Statistica e Meccanica Quantistica trattati, con l'obiettivo di valutare in modo esteso e approfondito la preparazione del candidato.

LABORATORIO
L'esame finale comprenderà la discussione di una relazione di un'esperienza di laboratorio e la verifica dell'apprendimento delle basi teoriche della disciplina.
La frequenza del corso di laboratorio è obbligatoria. E’ richiesto allo studente di compilare un quaderno di laboratorio per sviluppare l’abilità di descrivere un’esperienza svolta e raccogliere dati in modo corretto. Lo studente dovrà inoltre produrre una relazione scritta contenente un’analisi critica dei risultati ottenuti nelle esperienze per sviluppare la capacità di trarre conclusioni dalle esperienze effettuate e le abilità comunicative.
Il giudizio finale si baserà sulla valutazione della relazione scritta e su una prova orale composta da 4 domande, di cui due saranno relative alla discussione di due delle esperienze descritte nella relazione, una verterà sulle basi teoriche (illustrate a lezione) di una delle esperienze svolte, ed una sarà relativa ai principi di funzionamento di uno degli strumenti oppure tecniche usate in laboratorio.
Questa modalità d’esame permette di valutare la capacità di apprendimento, l’abilità di applicarle a casi reali, la capacità di raccogliere e di analizzare criticamente i risultati ottenuti, le abilità comunicative nell’esporre il lavoro svolto.
Per superare la prova lo studente dovrà almeno dimostrare di conoscere ed aver compreso le nozioni di base e le loro applicazioni in laboratorio. L’eccellenza viene raggiunta valutando anche la capacità dello studente di ragionare su argomenti simili a quelli proposti a lezione.
Il livello di difficoltà corrisponde al programma svolto e ai testi di riferimento indicati.

PARTE TEORICA
Nella prima parte del corso si continua l'esposizione della Meccanica Quantistica applicata alla chimica, iniziata nel corso di Chimica Fisica I. Si trattano il momento angolare, l'atomo di idrogeno e il metodo Hartree-Fock per lo studio di sistemi polielettronici. Vengono forniti alcuni cenni relativi ai metodi moderni di calcolo applicati ai problemi chimici. Nella seconda parte, ci si occupa della definizione di energia molecolare (potenziale e cinetica, distinta in diversi contributi). Per ogni contributo vengono presentate le equazioni quanto-meccaniche necessarie alla definizione dei livelli energetici (la soluzione delle equazioni è quasi sempre di tipo qualitativo). Si introducono i concetti fondamentali di spettroscopia molecolare, i coefficienti di Einstein e l'analisi della forma di riga. Vengono presentati i rudimenti teorici delle spettroscopie vibrazionale, elettronica e magnetica. Si introducono le basi della meccanica statistica, il concetto di insieme termodinamico, la distribuzione di Boltzmann, e la funzione di partizione. Si calcolano le funzioni di partizione associate ai diversi contributi energetici definiti nella prima parte del corso, e si mostra la relazione con le grandezze termodinamiche macroscopiche. Si introducono alcuni concetti basilari di cinetica chimica, ordine di reazione, equazione di Arrhenius, teoria delle collisioni, teoria del complesso attivato (Eyring).

LABORATORIO
Parte introduttiva: Verranno analizzati gli aspetti fondamentali della cinetica delle reazioni chimiche. Verranno illustrate le leggi che regolano la velocità delle reazioni chimiche verranno illustrate facendo riferimento ad alcune reazioni semplici. Verranno inoltre discusse le leggi relative a reazioni più complesse, con particolare riferimento agli effetti causati dalla presenza di un catalizzatore. Verranno inoltre presentate le modalità di risoluzione di esercizi di cinetica chimica. Parte di Laboratorio: Le esperienze di laboratorio riguarderanno l'uso delle tecniche spettroscopiche IR e UV-Visibile. Inoltre, verrà seguita, con l'ausilio delle diverse spettroscopie, la cinetica di una reazione catalizzata in fase omogenea.
Sarà inoltre illustrato agli studenti come redigere in modo efficace relazioni scientifiche e il quaderno di laboratorio e sarà illustrato come utilizzare il materiale didattico per un ulteriore approfondimento.

PARTE TEORICA
Conoscenza e comprensione: conoscenza della trattazione quantistica per il momento angolare, l’oscillatore armonico, l’atomo di idrogeno, e del metodo Hartree-Fock per sistemi polielettronici; conoscenza e comprensione dei diversi contributi all’energia molecolare e dei metodi per calcolarne gli spettri, conoscenza delle basi di Spettroscopia; conoscenza dei concetti e delle applicazioni della Termodinamica Statistica, in relazione al calcolo delle funzioni di partizione e delle funzioni termodinamiche; acquisizione di appropriato linguaggio scientifico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di interpretare spettri rotazionali, vibrazionali e eletttronici facendo riferimento ai principi base delle energie molecolari e della spettroscopia; capacità di calcolo di energi molecolari e delle corrispondenti funzioni di partizione; capacità di applicare la distribuzione di Boltzmann a problemi chimici; capacità di risolvere con metodi di meccanica quantistica semplici problemi chimici.

Autonomia di giudizio: capacità di analizzare con senso critico gli elementi legati alla termodinamica statistica o alla meccanica quantistica in problemi complessi e realistici; capacità di interpretare criticamente le applicazioni spettroscopiche a problemi reali.

Abilità comunicative: abilità di relazionare su argomenti scientifici, e in particolare chimico-fisici, in maniera precisa, concisa e chiara, sia per iscritto che oralmente.

Capacità di apprendimento: capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato, anche per una successiva autonoma acquisizione di conoscenze superiori e per un aggiornamento continuo.

LABORATORIO
Conoscenza e comprensione: Conoscenza di base dei metodi spettrofotometrici IR e UV-Vis e basi di cinetica chimica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: abilità di raccogliere dati in modo corretto e di tenere un quaderno di laboratorio; abilità di applicare le conoscenze teoriche all’esecuzione e comprensione degli esperimenti di laboratorio e all’interpretazione dei risultati ottenuti.
Autonomia di giudizio: capacità di analizzare con senso critico i risultati ottenuti nelle esperienze pratiche, individuando eventuali errori e proponendo soluzioni.
Abilità comunicative: abilità di relazionare sul lavoro svolto (e più in generale su argomenti chimico-scientifici) in maniera precisa, concisa e chiara, sia per iscritto che oralmente. Capacità di redigere in modo efficace la relazione finale e il quaderno di laboratorio. Acquisizione di un appropriato linguaggio scientifico.
Capacità di apprendimento: capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato, anche per una successiva autonoma acquisizione di conoscenze superiori e per un aggiornamento continuo.
La capacità di apprendimento viene seguita a lezione tramite la discussione delle esperienze svolte in laboratorio e viene valutata in sede di esame tramite la discussione delle relazione prodotte dallo studente.