Obiettivi Formativi

Lo studente apprenderà le nozionii base della chimica computazionale, e sapra applicare i metodi del calcolo a problematiche specifiche di chimica fisica, organica ed inorganica, e utilizzerà i relativi programmi.

Learning Goals

The student will learn the theoretical concept of computational chemistry. The student will know the methods of calculation applied to specific problems of chemical-phisics, organic and inorganic using the related calculation software.

Metodi didattici

Il corso prevede prevalentemente lezioni frontali accompagnate da esercitazioni di laboratorio e utilizzo dei più comuni programmi di calcolo.

Teaching Methods

The course is mainly accompanied by lectures and laboratory exercises and use of standards calculation packages

Prerequisiti

Basi fondamentali della meccanica quantistica. Conoscenza completa della funzione d'onda e del suo significato. Funzioni d'onda idrogenoidi, funzioni di Slater e funzioni gaussiane.

Prerequisites

Fundamentals of quantum mechanics. Thorough knowledge of the wave function and its significance. Hydrogenic wave functions, functions of Slater and Gaussian functions

Verifiche dell'apprendimento

L’esame consiste in un colloquio orale assieme alla valutazione di un progetto computazionale scelto dallo studente.

Assessment

The exam consists of an interview on the theoretical principles, with the evaluation reports on individual laboratory experiments. The assessment involves verifying the student's knowledge

Programma del Corso

Panoramica della chimica teorica e computazionale. Struttura e geometria molecolare. Separazione dei moti nucleari ed elettronici, superfici di energia potenziale. Descrizione dell’energia potenziale. Meccanica Molecolare (MM) “Campo di forze”. Fondamenti di teoria quantistica Distribuzioni di probabilita'. Il moto di un pacchetto d'onde. Operatori. Autovalori. Spettro discreto e spettro continuo. Spazio di Hilbert. Teorema del viriale. Relazioni di Heisenberg. Equazione di Schroedinger. Stati stazionari. Stati quasi-stazionari e risonanze. Leggi di conservazione e simmetria. Hamiltoniano e Hamiltoniano effettivo. Introduzione ai metodi della chimica teorica Approssimazione di Born-Oppenheimer. Le funzioni d'onda elettroniche. Orbitali. Antisimmetria e determinanti di Slater. Lo spin. Metodi semiempirici: descrizione e parametrizzazione. Le equazioni HF. Proprietà della funzione d'onda HF. Teoria delle perturbazioni di Moller-Plesset. Basis Sets: definizioni e significato; basis sets di base (minimi), basis sets estesi, pseudopotenziali, basis sets semirelativistici, ECP. Correlazione elettronica. Interazione di configurazione completa. Cenni sui metodi MCSCF. DFT I teoremi di Hoenberg e Kohn. Il potenziale di scambio-correlazione e le equazioni di Kohn-Sham, densità locale, gradiente. Funzionali di scambio-correlazione, metodi ibridi. Impiego di software computazionale: e.g. Gaussian, Gamess, ADF, SPARTAN per il calcolo delle proprietà molecolari. Analisi conformazionale, Mulliken Population Analysis, calcolo frequenze, stati di transizione, affinità protoniche, proprietà magnetiche, reattività chimica, architettura MO, ESR, NMR.

Course Syllabus

Overview of theoretical and computational chemistry. Structure and molecular geometry. Separation of nuclear and electronic motions, potential energy surfaces. Description of the potential energy. Molecular mechanics (MM) "field of forces". Fundamentals of quantum theory Probability distributions'. The motion of a wave packet. Operators. Eigenvalues. Discrete spectrum and the continuous spectrum. Hilbert space. Virial theorem. Relations of Heisenberg. Schroedinger equation. Stationary states. Quasi-stationary states and resonances. Conservation laws and symmetry. Hamiltonian and effective Hamiltonian. Introduction to the methods of theoretical chemistry Born-Oppenheimer approximation. The electronic wave functions. Orbitals. Antisymmetry and Slater determinants. The spin Semi-empirical methods: description and parameterization. The HF equations. Properties of the HF wave function. Perturbation theory of Moller-Plesset. Basis Sets: meaning and definitions; basis sets basic (minimum), extended basis sets, pseudopotentials, basis sets semirelativistici, ECP. Electron correlation. Full configuration interaction. Outline of MCSCF methods. DFT and Kohn theorems Hoenberg. The exchange-correlation potential and the Kohn-Sham equations, the local density, gradient. Exchange-correlation functional, hybrid methods. Use of computational software: e.g. Gaussian, Gamess, ADF, SPARTAN for the calculation of molecular properties. Conformational analysis, Mulliken Population Analysis, calculated frequencies, transition states, proton affinities, magnetic properties, chemical reactivity, architecture MO, ESR, NMR.