CODICE 39622 ANNO ACCADEMICO 2020/2021 CFU 4 cfu anno 2 SCIENZE CHIMICHE 9018 (LM-54) - GENOVA 4 cfu anno 1 SCIENZE CHIMICHE 9018 (LM-54) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE CHIM/02 LINGUA Italiano SEDE GENOVA PERIODO 1° Semestre MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE Il corso di Chimica Teorica affronta i fondamenti della meccanica quantistica, con una scelta oculata di argomenti di base che spaziano dagli strumenti matematici necessari alla corretta formulazione dei problemi più semplici, e alla loro risoluzione, ai postulati della meccanica quantistica, e alla loro applicazione a problemi di difficoltà media. OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI Il corso intende essere al tempo stesso un complemento (nella scelta delle tematiche) e di approfondimento ai corsi di chimica fisica, e si propone di fornire allo studente le conoscenze minime per lo studio della materia allo stato solido. Ogni argomento trattato nel corso ha una sua corretta e rigorosa descrizione matematica e fisica, e sovente è tracciato un parallelo fra meccanica classica e quantistica. OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO Il corso intende essere al tempo stesso un complemento (nella scelta delle tematiche) e di approfondimento ai corsi di chimica fisica, e si propone di fornire allo studente le conoscenze minime per lo studio della materia allo stato solido. Ogni argomento trattato nel corso ha una sua corretta e rigorosa descrizione matematica e fisica, e sovente è tracciato un parallelo fra meccanica classica e quantistica. MODALITA' DIDATTICHE Le lezioni sono presentate con il metodo classico, ovvero con l’uso della lavagna. L’utilizzo del computer con il proiettore è limitato a visualizzare degli script (scaricati dal sito “Wolfram demonstration project”) che servono ulteriormente a chiarire alcuni degli esercizi che sono svolti durante le lezioni. L’impostazione generale del corso è quella di enunciare prima dei concetti di base, e di dedicare poi un’ampia parte del tempo a risolvere degli esercizi che applichino tali concetti ad un problema fisico concreto. Il corso segue per esteso alcuni capitoli del libro di testo e del libro di esercizi annesso. Laddove vengano introdotti dei concetti non presenti sul libro, il docente ha cura di fornire del materiale didattico aggiuntivo. PROGRAMMA/CONTENUTO 1. Breve Introduzione Storica alla meccanica quantistica 2. Numeri Complessi Definizioni generali, addizione, prodotto,potenze, radici di numeri complessi. 3. Equazione d’onda della meccanica classica Definizioni, condizioni al contorno, soluzione generale dell’equazione della corda, modi normali di vibrazione, onde stazionarie come sovrapposizione di onde in movimento, ortogonalità di onde stazionarie. 4. Probabilità e statistica Primo e secondo momento di una distribuzione, deviazione standard, distribuzioni continue, distribuzione gaussiana, esercizi sulle distribuzioni 5. Equazione di Schroedinger e particella nella scatola Equazione dell’onda unidimensionale, cenni sugli operatori, problemi agli autovalori, soluzioniper la particella nella scatola, principio di corrispondenza, calcolo dei valori medi, esempi pratici, principio di indeterminazione. 6. Postulati e principi generali della meccanica quantistica Variabili dinamiche classiche e confronto con la meccanica quantistica, funzioni accettabil, Postulato 1, comportamento della funzione d’onda per un potenziale discontinuo, Postulati 2-4, esempi, commutatore di due operatori e sua relazione con il principio di indeterminazione, operatori Hermitiani, notazione di Dirac, ortogonalità di autofunzioni di operatori Hermitiani, ortogonalizzazione di Gram-Schmidt, sviluppo in serie di Fourier, probabilità di ottenere un certo valore di un osservabile, equazione di Schroedinger dipendente dal tempo e sua plausibilità, conseguenze della misura della posizione di una particella. 7. Sistemi con potenziali costanti a scalino Gradino di potenziale, coefficienti di riflessione e di trasmissione, onda evanescente, barriera di potenziale, tunneling, confronto fra probabilità classica e quantistica, risonanze, pozza di potenziale, calcolo degli stati legati in una pozza di potenziale, comportamento di una particella libera all’esterno e all’interno di una pozza di potenziale, confronto col il potenziale di uno ione, modello di Kronig-Penney di una particella in un potenziale periodico,formulazione matriciale e soluzione generale, bande di energie permesse e loro interpretazione fisica. 8. Metodi di approssimazione Metodo variazionale, funzioni di prova che dipendono linearmente dai parametri variazionali, funzioni di prova che non dipendono linearmente dai parametri variazionali, introduzione alla teoria delle perturbazioni, teoria delle perturbazioni al primo e secondo ordine, esempi. 9. Atomi multi-elettronici Unità atomiche, atomo di elio e relative equazioni di Hartree-Fock, antisimmetria delle funzioni d'onda elettroniche, determinanti di Slater, il metodo di Hartree-Fock-Rothaan e relativi risultati per gli atomi, energia di correlazione, simboli di termine atomico. TESTI/BIBLIOGRAFIA Quantum Chemistry (Inglese) di Donald A. McQuarrie, seconda edizione (2007) Problems and Solutions to Accompany Donald A. McQuarrie's Quantum Chemistry (Inglese) (2007), di Helen O. Leung e Mark D. Marshall Ulteriore materiale didattico fornito dal docente DOCENTI E COMMISSIONI Commissione d'esame LIBERATO MANNA (Presidente) ADRIANA SACCONE (Presidente Supplente) LEZIONI INIZIO LEZIONI Dal 19 ottobre 2020 (secondo l'orario riportato sul sito http://www.chimica.unige.it/didattica/Home_SC e/o https://corsi.unige.it/9018 ) Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME Orale MODALITA' DI ACCERTAMENTO L'esame verterà a valutare il livello di comprensione dei concetti appresi durante il corso e l'abilità dello studente ad applicare tali concetti per risolvere semplici problemi di meccanica quantistica. Calendario appelli Data appello Orario Luogo Tipologia Note 12/02/2021 09:00 GENOVA Orale 25/02/2021 09:00 GENOVA Orale 14/06/2021 09:00 GENOVA Orale 29/07/2021 09:00 GENOVA Orale 02/09/2021 09:00 GENOVA Orale 17/09/2021 09:00 GENOVA Orale 13/10/2021 09:00 GENOVA Orale