Ateneo - UPO

Il corso è strutturato in due parti:
6 CFU (48 ore) di teoria con alcune ore di esercitazioni pratiche di laboratorio (Prof. Marco Milanesio)

3 CFU (30 ore) di laboratorio (Prof. Leonardo Marchese)

TEORIA (Prof. Milanesio): Sono trattate nozioni della teoria quanto-meccanica per la descrizione di sistemi chimici. Lo studente apprende gli elementi che stanno alla base dei programmi di calcolo della struttura elettronica dei sistemi chimici; utilizza individualmente in laboratorio informatico i programmi per il calcolo delle proprietà di alcuni sistemi chimici.

LABORATORIO (Prof. Marchese): verranno applicati i fondamenti della spettroscopia IR (Rotazionale e roto-vibrazionale) per determinare alcuni parametri molecolari (i.e. distanza di legame e momento di inerzia) di molecole gassose (HCl e CO). Uso del metodo dei minimi quadrati e della retta di regressione lineare per correlare grandezze spettroscopiche.

Appunti delle lezioni preparati dai due docenti e Libro di testo: P.W. Atkins, J. Paula, J. Keeler, “Chimica Fisica", Zanichelli, Bologna (VI edizione italiana);

TEORIA:
Il corso di chimica fisica si propone di fornire allo studente gli elementi per comprendere la trattazione quanto-meccanica dei sistemi chimici (atomi, molecole e, come accenno, materiali solidi) e delle loro proprietà spettroscopiche.

LABORATORIO: L’obiettivo di questo modulo è quello di permettere agli studenti di applicare le nozioni fondamentali riguardanti la spettroscopia IR attraverso alcune esperienze di laboratorio. Tali esperienze permetteranno agli studenti di acquisire le conoscenze necessarie e la capacità di utilizzare uno strumento di normale dotazione presso i laboratori chimici, come lo spettrofotometro FT-IR. Lo studente sarà guidato nella capacità di elaborare dati sperimentali acquisiti in laboratorio.

Abilità comunicative: i risultati delle esperienze verranno dapprima discussi in modo collegiale con gli studenti e poi dovranno essere descritti in una relazione che gli studenti dovranno consegnare e discutere in sede di esame. Le abilità comunicative saranno inoltre stimolate attraverso la stesura del quaderno di laboratorio.
Questo permetterà di acquisire le necessarie abilità comunicative e di acquisire e saper utilizzare un lessico chimico appropriato in relazione agli argomenti sperimentali affrontati nel corso, nonché scrivere relazioni sull'attività di laboratorio e interpretare i risultati degli esperimenti fatti.

Autonomia di giudizio: gli studenti saranno stimolati ad analizzare con senso critico i risultati ottenuti nelle esperienze pratiche, individuando eventuali errori e proponendo soluzioni.

Capacità di apprendimento: sarà stimolata la 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.

Fondamenti di Algebra Lineare e di fisica.
La parte teorica è propedeutica per affrontare quella di laboratorio

TEORIA:
Lezioni in aula, esercitazioni al calcolatore. Laboratorio spettroscopia IR

LABORATORIO: saranno erogate 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.

TEORIA:
Nel corso delle lezioni si approfondiranno esempi relativi agli effetti macroscopici della meccanica quantistica

LABORATORIO: Un primo livello di controllo dell'apprendimento sarà 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.

TEORIA: Esame orale con domande su esercizi e fondamenti del corso.

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 le 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 3 domande, di cui due saranno relative alla discussione delle esperienze descritte nella relazione, una verterà sulle basi teoriche (illustrate a lezione).
Questa modalità d’esame permetterà 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.

TEORIA:
Applicazione della teoria quanto-meccanica alla descrizione di sistemi multielettronici. Vengono introdotti gli elementi che stanno alla base dei programmi di calcolo della struttura elettronica di sistemi chimici, poi utilizzati nelle esercitazioni al calcolatore. In particolare viene discusso il problema della risoluzione dell'equazione di Schrödinger elettrostatica per atomi multielettronici e molecole nell'approssimazione di Born-Oppenheimer: sono trattate le problematiche relative agli autovalori ed autovettori dell'atomo di elio ottenuti con il metodo variazionale, metodo di Huckel, principio di anti-simmetria e determinanti di Slater per sistemi con più elettroni, approssimazione di Hartree-Fock, metodo LCAO, proprietà spettroscopiche rotazionali, vibrazionali ed elettroniche. Il corso si conclude con esercitazioni all’uso di programmi per la risoluzione dell’equazione di schrodinger per sistemi molecolari di interesse per il laboratorio di chimica fisica.

LABORATORIO: Nella parte introduttiva saranno analizzati gli aspetti fondamentali dell'uso delle tecniche spettroscopiche con particolare riferimento agli spettrofotometri dispersivi e a trasformata di Fourier. Successivamente saranno ripresi i fondamenti delle spettroscopie rotazionale e roto-vibrazionale: a) richiamo delle equazioni dei livelli energetici e delle transizioni permesse di un rotatore rigido e di un oscillatore armonico; b) effetti dovuti alla distorsione centrifuga e all’anarmonicità. Infine saranno determinate le costanti rotazionali B, B0 e B1, e i relativi momenti di inerzia e le distanze di legame delle molecole HCl e CO. Nella parte finale dell’esercitazione sarà illustrato come determinare il coefficiente di estinzione molecolare della molecola CO attraverso gli spettri vibrazionali registrati a varie pressioni.
Nelle lezioni introduttive sarà descritto il metodo dei minimi quadrati e la determinazione della retta di regressione lineare (calcolo della pendenza, dell’intercetta e del coefficiente di correlazione). Saranno eseguite delle esercitazioni sull’applicazione del metodo attraverso l’uso di un foglio di calcolo excel.
Infine sarà 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.

TEORIA:
Apprendere i concetti fondamentali della meccanica quantistica applicata ai sistemi molecolari e alla spettroscopia sia a livello teorico che sperimentale

LABORATORIO: Per quanto riguarda la parte di laboratorio sono attesi i seguenti risultati.
Conoscenza e comprensione: Conoscenza di base dei metodi spettrofotometrici IR.
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 della relazione prodotta dallo studente.