66171 - CHIMICA FISICA CON LABORATORIO M

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente sa fornire modelli razionali per la descrizione quantitativa e l'interpretazione dei fenomeni chimici usando metodi fisico matematici. In questo corso ci si focalizza su fenomeni e proprietà di interesse industriale e applicativo cercando da una parte di sviluppare capacità di collegare le proprietà chimico fisiche con i principi fondamentali e dall'altra di acquisire e affinare capacità di descrizione matematica dei fenomeni stessi. Nella parte di laboratorio lo studente sa sviluppare l'approccio chimico fisico ad alcune tematiche di interesse industriale, in pieno accordo con quanto sviluppato nell'insegnamento e focalizzando l'attività sperimentale sulle proprietà superficiali di sistemi chimico fisici.

Programma/Contenuti

Richiami di termodinamica dell'equilibrio. Elementi di teoria della probabilità e teorema di Bayes. Elementi di meccanica statistica. Principio di massima entropia. Chimica fisica dei colloidi (doppio strato elettrico, equazione di Poisson-Boltzmann, modello di Gouy-Chapman, lunghezza di schermo di Debye, modello di Stern). Forze di van der Waals tra molecole e particelle mesoscopiche, modello di Hamaker, misura delle forze superficiali. Superfici solide e loro microscopie (elettroniche TEM e SEM, tunnel STM e AFM, ottica e confocale). Equazione della diffusione e fenomeni di trasporto. Modellazione molecular mechanics. Tecniche di simulazione Monte Carlo e molecular dynamics. Simulazione stocastica di cinetiche chimiche. Funzioni di correlazione. Dynamic light scattering.

Prerequisiti: calcolo, algebra lineare, numeri complessi, termodinamica, meccanica classica, meccanica quantistica.

Una descrizione dettagliata del corso, i riferimenti, ed i metodi di valutazione finale possono essere trovati nel syllabus che sarà fornito all'inizio delle lezioni.

Testi/Bibliografia

Dispense e note distribuite via mailing list.

Franco Battaglia and Thomas F. George, ``Fundamentals in Chemical Physics'', (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1998).
David Chandler, ``Introduction to Modern Statistical Mechanics'', (Oxford University Press, USA, 1987).
Harold L. Friedman, ``A Course in Statistical Mechanics'', (Prentice Hall, Englewood Cliffs NJ, 1985).
James Sethna, ``Entropy, Order Parameters, and Complexity'', 2nd edition, (Oxford University Press, 2006).
Hans-Juergen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl, ``Physics and Chemistry of Interfaces'', 2nd edition, (Wiley-VCH, 2006).
Richard Pashley and Marilyn E. Karaman, ``Applied Colloid and Surface Chemistry'', (Wiley, Chichester, 2004).
Michael P. Allen and Dominic J. Tildesley, ``Computer Simulation of Liquids'', (Clarendon Press, Oxford, 1987).
Daan Frenkel and Berend Smit, ``Understanding Molecular Simulation: from Algorithms to Applications'', 2nd edition, (Academic Press, San Diego, 2001).
Andrew R. Leach, ``Molecular Modelling: Principles and Applications'', 2nd edition, (Addison Wesley Longman, Essex, 2001).

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni al calcolatore (laboratorio informatico). L'attività di laboratorio si basa sull'utilizzo del sistema operativo Linux come ambiente di lavoro per eseguire esercitazioni pratiche al calcolatore sulle tecniche di modellazione e simulazione presentate a lezione. Durante le esercitazioni gli studenti redigono un quaderno di laboratorio i cui contenuti sono valutati e discussi durante l'esame orale. Verso la fine del corso gli studenti, a gruppi di tre/quattro persone, tengono un breve seminario di 10 minuti in cui presentano i contenuti di un articolo scientifico attinente agli argomenti del corso.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d'esame mira a verificare la conoscenza di: concetti base di teoria delle probabilità, meccanica statistica, modellazione e simulazione al calcolatore di sistemi molecolari.

La verifica finale comprende una prova scritta ed un esame orale. Si accede alla prova orale solo se il voto dello scritto e' pari a 18/30 o superiore. La prova scritta e' formata da tre domande aperte sugli argomenti del corso, sette domande a scelta multipla, ed un esercizio numerico. L'esame orale verte sulla discussione del quaderno di laboratorio, e degli argomenti del corso.

Strumenti a supporto della didattica

Il corso e' una combinazione di lezioni frontali ed esercitazioni pratiche in laboratorio informatico. Risorse: videoproiettore, display interattivo, e laboratorio informatico, programmi per computer.

La presenza alle esercitazioni pratiche e' obbligatoria, mentre non lo e' alle lezioni frontali. Tuttavia l'esecuzione delle esercitazioni pratiche sarà piu' difficile se lo studente non tiene il passo con gli argomenti trattati a lezione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Roberto Berardi

Consulta il sito web di Silvia Orlandi