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Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche

Contenuti Insegnamento: Chimica computazionale

Corso di studio: SCIENZE CHIMICHE (D.M. 270/04) (offerta formativa anno 2017)
  • CFU: 6
  • SSD: CHIM/02

Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti conoscenze approfondite delle principali tecniche di simulazione computazionale classiche e multiscala utilizzate per studiare e prevedere le proprietà di sistemi chimici.

Prerequisiti

Conoscenze di chimica generale e inorganica, fisica classica e chimica fisica.

Programma del corso

Lezioni frontali: introduzione alla meccanica molecolare - Caratteristiche generali dei campi di forza empirici. Termini di legame, interazioni di non legame. Parametrizzazione. Campi di forza specifici per sistemi organici ed inorganici. Modelli utilizzati per la simulazioni di polimeri. Campi di forza coarse-grain. Metodi di minimizzazione energetica. Simulazioni computazionali - Aspetti pratici: condizioni al contorno, monitoraggio dell'equilibrazione, interazioni a lungo raggio. Analisi dei risultati. Simulazioni di dinamica molecolare- Protocolli di simulazione. Calcolo di proprieta' strutturali, termodinamiche e dinamiche. Ricerca bibliografica. Approfondimenti: discussione su applicazioni a problemi reali di letteratura. Esercitazioni al computer sui principali argomenti trattati.

Testi di riferimento

A.R. Leach Molecular Modelling. Principles and Applications. Addison Wesley Longman 2001. M.P. Allen, D. J. Tildesley Computer Simulation of Liquids, Oxford Science Pub. 1987. A. Hinchliffe Molecular Modelling for beginners, Wiley 2003

Metodi Didattici

Lezioni frontali, esercitazioni in aula, lettura guidata di articoli scientifici forniti dal docente e discussione collegiale. Seminari volti ad illustrare applicazioni specifiche. Testi consigliati, articoli scientifici e materiale didattico (in lingua inglese) reso disponibile online prima delle lezioni. Le esercitazioni al computer comprendono l’esecuzione dell’esperimento e la stesura di una breve relazione; la discussione collegiale dei risultati ottenuti fungerà da auto-verifica in itinere del grado di conoscenza/comprensione raggiunto. Gli studenti lavoratori non frequentanti devono contattare il docente, che fornirà indicazioni su specifici argomenti integrativi da studiare sui libri di testo.

Verifica dell'apprendimento

La verifica finale dell’apprendimento prevede un colloquio che consiste nella discussione dei risultati ottenuti in una delle esercitazioni effettuate in classe (a scelta del docente). Durante il colloquio verranno valutate a) le conoscenze acquisite relativamente all’argomento dell’esercitazione in discussione (fino al 30% del voto finale), b) le capacità di risolvere autonomamente problemi analoghi (40%), c) le capacità critiche (20%), e d) le capacità comunicative maturate dallo studente (10%).

Risultati attesi

Conoscenza e capacità di comprensione Tramite lezioni in aula, letture guidate di testi in lingua inglese e discussioni collegiali: apprende - la trattazione computazionale di sistemi periodici, molecola singola, molecola in solvente, molecole interagenti; - i protocolli computazionali per il calcolo di proprietà di sistemi inorganici, organici e biologici; comprende - come elaborare modelli computazionali adeguati al problema in esame; - quali approssimazioni effettuate nella definizione di tali modelli; - come validare i modelli computazionali ottenuti confrontando i risultati con dati sperimentali; - come stabilire relazioni struttura-proprietà di sistemi chimici. Capacità di applicare conoscenza e comprensione Tramite le esercitazioni al computer, coadiuvate da un’ampia ricerca bibliografica, applica i concetti appresi per: - costruire modelli di sistemi chimici; - studiare la struttura e la superficie di energia potenziale; - effettuare simulazioni di sistemi organici ed inorganici cristallini e amorfi; - calcolare proprietà strutturali, termodinamiche e dinamiche di sistemi complessi. Abilità comunicative Le relazioni scritte e il colloquio finale abilitano a presentare i dati in modo efficace, a discuterli sulla base delle approssimazioni fatte, a esprimere i concetti con linguaggio appropriato e conciso e a sostenere un contradditorio. Capacità di apprendimento Le attività descritte, in particolare le esercitazioni; discussioni; analisi della letteratura in lingua inglese, consentono di acquisire gli strumenti metodologici indispensabili per potere autonomamente provvedere a un adeguato aggiornamento. Autonomia di giudizio Tramite le lezioni di approfondimento e la discussione collegiale delle relazioni relative alle esercitazioni migliora le proprie capacità di - valutazione critica dei risultati ottenuti e delle approssimazioni fatte - scegliere i metodi più appropriati per il problema in esame