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Insegnamento: Chimica fisica II (Offerta Formativa a.a. 2016/2017)

Corso di studio: CHIMICA (D.M. 270/04)

CFU9
Moduli

Modulo: CHIMICA FISICA II
TAF: Caratterizzante; SSD: CHIM/02; Ambito: Discipline Chimiche Inorganiche e Chimico-Fisiche
Docenti: Francesco FAGLIONI

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Propedeuticitą obbligatorie
Modalitą di accertamento del profitto Orale
Modalitą di valutazione Voto
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Lingua di insegnamento

Italiano

Partizionamento studenti

Nessun partizionamento

Obiettivi

Fornire familiaritą con i concetti di base di meccanica quantistica ed una comprensione semi quantitativa della teoria del legame chimico per composti stabili e qualitativa per stati di transizione.

Introdurre i concetti fondamentali di spettroscopia e di termodinamica statistica.

Prerequisiti

Elementi di matematica, fisica e chimica generale.
Chimica fisica I.

Contenuti

Ripasso di matematica, nozioni di teoria delle probabilita', nozioni di algebra lineare, spazi vettoriali a dimensione finita, introduzione agli spazi di Hilbert (10 ore).

Introduzione alla Meccanica Quantistica: postulati e problemi risolubili esattamente. Moto di una particella in una scatola, su una circonferenza, su una supericie sferica, oscillatore armonico e atomo idrogenoide (21 ore).

Principio di Pauli e atomi a piu' elettroni.
Modelli MO e VB del legame chimico covelente.
Descrizione dei composti con l'idrogeno e delle molecole biatomiche piu' comuni. Molecole della chimica organica e composti dei metalli di transizione.
Il legame ionico nei sistemi molecolari e cristallini (21 ore).

Moto nucleare: traslazioni, rotazioni e vibrazioni.
Spettroscopia molecolare: derivazione delle regole di selezione rotazionali e vibrazionali per dipolo elettrico. Cenni di spettroscopia Raman. Spettroscopia elettronica a livello qualitativo (10 ore)

Introduzione alla termodinamica statistica. Connessione termodinamica microcanonica. Equazione di Boltzmann e connessione termodinamica canonica. Applicazioni ad alcuni sistemi semplici di interesse chimico (10 ore).

Metodi didattici

Insegnamento frontale alla lavagna con l'occasionale uso di lucidi. Compiti da svolgere a casa di settimana in settimana.

Verifica dell'apprendimento

L'esame comprende una parte scritta e una orale. Per accedere all'orale occorre superare lo scritto con almeno 50/100. Lo scritto dura 150 minuti e comprende quattro problemi da 25 punti l'uno piu' un problemino bonus da 10 punti. I problemi sono sui fondamenti di meccanica quantistica, sulla teoria del legame chimico, sulla spettroscopia e/o termodinamica statistica e sulle manipolazioni formali. L'orale comperende una veloce discussione dello scritto, sequita da alcune domande sui principali argomenti trattati durante il corso. Per ricevere 30 e lode e' necessario essere ammessi all'orale con un voto allo scritto di almeno 60/100. Il risultato dello scritto, oltre ad escludere dall'orale chi non raggiunge i 50/100, determina la base di partenza non vincolante per il voto finale: per migliorare un voto basso allo scritto ocorre sostenere un orale piu' approfondito. Il voto viene determinato indicativamente secondo i seguenti pesi: 30% conoscenza dei fondamenti di meccanica quantistica; 30% applicazioni alla teoria del legame chimico; 30% applicazioni alla spettroscopia molecolare e termodinamica statistica; 10% capacita' di esposizione.

Risultati attesi

Conoscenza e capacitą di comprensione Tramite lezioni in aula, esercitazioni guidate numeriche e compiti a casa lo studente apprende: - l’applicazione della meccanica quantistica alla teoria del legame chimico, della spettroscopia molecolare e della termodinamica statistica; - un metodo che avvicini alla comprensione teorica di un risultato sperimentale e la progettazione di esperimenti adeguati per verificare ipotesi chimiche; - come elaborare modelli chimico-fisici da applicare ai problemi chimici; - come utilizzare la teoria del legame chimico, della spettroscopia e la termodinamica statistica nello studio di fenomeni chimici. Capacitą di applicare conoscenza e comprensione Le esercitazioni a casa e l'esame scritto portano lo studente ad arricchire le proprie capacita' di applicare, in modo autonomo, tali conoscenze a semplici problemi sulla struttura atomico-molecolare e di studiare processi fisici e chimici in termini quantitativi; Autonomia di giudizio Tramite le discussioni in aula, le esercitazioni a casa e l’esame scritto lo studente migliora e amplia le proprie capacitą di - formulare idee e proporre deduzioni sulla base delle conoscenze acquisite - valutare criticamente i risultati sperimentali ottenibili con tecniche strumentali - progettare esperimenti - prevedere l’andamenti di fenomeni fisici e chimici Lo studente acquisisce le competenze necessarie per discutere le connessioni fra i vari sistemi modello quantistici e gli aspetti della struttura atomico-molecolare presentati. Abilitą comunicative Tramite la preparazione per l'esame orale, lo studente matura la capacitą di presentare in modo formalmente corretto gli elementi introduttivi alla chimica quantistica di atomi e molecole. Capacitą di apprendimento Tramite le esercitazioni a casa, lo studente viene portato a sviluppare autonomia nell'identificare i corretti strumenti per approfondire le sue conoscenze quantomeccaniche nell'ambito della chimica fisica.

Testi

Donald A. McQuarrie, John D. Simon; Physical Chemistry: A Molecular Approach, University Science Books

Robert A. Alberty, Robert J. Silbey; Physical Chemistry, John Wiley & Sons

Ira N. Levine; Quantum Chemistry, Prentice Hall

N. Zettili; Quantum Mechanics: Concepts and Applications, Wiley

B. H. Bransden, C. J. Joachain; Physics of Atoms and Molecules, Prentice Hall

Docenti

Francesco FAGLIONI