Ateneo - UPO

Introduzione alla Meccanica Quantistica: funzione d’onda, operatori, interpretazione probabilistica. Equazioni di Schroedinger, valori di aspettazione, evoluzione temporale. Particella nella scatola, vibrazioni armoniche e correzioni anarmoniche, operatore del momento angolare. Atomo di idrogeno e cenni alle molecole polielettromniche con introduzione al metodo Hartree Fock.

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

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

Calcolo esplicito della funzione di partizione molecolare con i risultati ottenuti nella parte di Meccanica quantistica.

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

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.

Matematica, Fisica, Chimica Fisica I

Lezioni frontali.

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.

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.

Nella prima parte del corso si introduce la trattazione quantistica dei sistemi microscopici, con particolare attenzione ai concetti e alle tecniche utili nel campo chimico, e in generale atomistico. Vengono definiti I concetti di funzione d’onda e operatore, viene presentata l’interpretazione probabilistica della funzioen d’onda, e si descrivono le tecniche di base per la misura quantistica e la propagazione temporale.
Vengono descritti in dettaglio I sistemi modello: particella nella scatola, barriere energetiche, vibrazioni monodimensionali armoniche. Vengono descritti e risolti gli operatori del momento angolare, e si descrive l’atomo di idrogeno. Vengono infine accennati I metodi per I sistemi polielettronici, con l’equazione di Hartree-Fock.
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).

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.