Scienze Chimiche

ENRICO BODO

1) Conoscenza e capacità di comprensione
L’obiettivo del corso è l’acquisizione delle conoscenze di base di chimica fisica nell’ambito della struttura atomica e molecolare che sono propedeutiche alla comprensione delle caratteristiche dei sistemi chimici complessi e delle tecniche di indagine spettroscopiche. Le conoscenze che verranno acquisite durante il corso sono la meccanica quantistica di base e la sua applicazione in chimica.
2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Tramite l’insegnamento delle basi della meccanica quantistica applicata ai sistemi molecolari, il corso fornisce agli studenti gli strumenti concettuali per capire come, a partire dalla conoscenza del comportamento dei costituenti basilari della materia (nuclei ed elettroni), emerga il linguaggio della chimica moderna enunciato in termini di atomi, legami chimici, molecole, aggregati e sostanze.
3) Autonomia di Giudizio
Sono previste varie sessioni di esercizi svolti in classe per lo sviluppo delle capacità critiche degli studenti nei confronti delle implicazioni pratiche della teoria.
4) Abilità Comunicative
Il corso, a parte la prova di valutazione finale orale, prevede 2 prove intermedie di autovalutazione che permettono agli studenti di esprimere quanto appreso.
5) Capacità di Apprendimento
Le competenze acquisite verrano utilizzate per comprendere in che modo, dalle conoscenze di base enunciate sopra, si sviluppi il complesso linguaggio della chimica moderna e come esso, sia pure nelle sue varie declinazioni settoriali, derivi da rigorosi principi fisici.

Interpretazione della struttura elettronica di atomi e molecole semplici.
Comprensione dei meccanismi alla base delle spettroscopie rotazionali, vibrazionali ed elettroniche.
Conoscenza di fenomeni quantistici come energia di punto zero, tunneling e sovrapposizione.
Correlazione tra la struttura molecolare e la termodinamica dei sistemi compositi.

Matematica di base: derivate, integrali ed equazioni differenziali.
Fisica di base: cinematica dei corpi, equazione di Newton, concetto di energia potenziale, leggi di conservazione, momenti angolari.

1. Introduzione alla meccanica quantistica: fenomenologia dei sistemi quantistici; il problema del corpo nero; i modelli discreti dell’atomo; esperimento delle fenditure; lunghezza d’onda di De Broglie.
2. Fondamenti di meccanica quantistica: la struttura formale della MQ; operatori ed osservabili; autovalori ed autofunzioni; postulati della meccanica quantistica.
3. La Notazione di Dirac.
4. Particella in una scatola: autovalori ed autofunzioni.
5. Oscillatore armonico: autovalori ed autofunzioni; l’oscillatore armonico e la spettroscopia vibrazionale.
6. Il rotatore rigido e le autofunzioni del momento angolare: cenni di spettroscopia rotazionale.
7. L’atomo idrogenoide: energie e orbitali.
8. I metodi approssimati: il metodo variazionale.
9. Atomi polielettronici: l’atomo di He; atomi polielettronici; il metodo Hartree-Fock; simboli di termine; cenni di spettroscopia atomica (UV/Vis).
10. Introduzione al legame chimico: molecole biatomiche; l’approssimazione di Born-Oppenheimer; il metodo LCAO-MO.
11. Introduzione alla termodinamica statistica di Boltzmann: configurazioni e pesi statistici.
12. La funzione di ripartizione molecolare e le funzioni termodinamiche.

Dispense del docente. Vedere sul sito di "elearning".
https://elearning.uniroma1.it/mod/resource/view.php?id=175627

Mario Compiani, Carmelo La Rosa, Paola Sassi "CHIMICA FISICA". (Utet)

Peter William Atkins, Julio de Paula, James Keeler: "Chimica Fisica" (Zanichelli). Capitoli 7,8,9 e 13.

Modalità di svolgimento tradizionale in classe con alcune lezioni dedicate alle applicazioni della MQ in chimica.

Non obbligatoria

Esame orale

Simboli di termine (atomi e molecole).
Operatori Hermitiani e interpretazione della MQ.
Oscillatore armonico quantistico e relazione con spettroscopia vibrazionale.
Rotatore rigido (energie) e relazione con spettroscopia rotazionale.
Atomo di idrogeno (orbitali forme ed energie)
Relazione tra funzione di partizione e energia libera.
L'approssimazione di Born-Oppenheimer.
Lo spin e le conseguenze sui livelli energetici degli atomi.