Cristallochimica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento intende fornire una panoramica dei moderni metodi relativi allo studio del legame chimico nei solidi tramite metodi sperimentali e computazionali.
Risultati apprendimento attesi
L'insegnamento fornisce competenze di cristallografia di base, incluse la capacita' di comprendere e interpretare una figura di diffrazione di raggi X da cristallo singolo e giudicare la bonta' di un esperimento; e competenze di algebra vettoriale in sistemi di riferimento non-cartesiani. Lo studente avra' conoscenza dei metodi moderni per lo studio del legame chimico nei solidi nello spazio reale, con particolare focus sull'analisi topologica della densita' elettronica in accordo con la Teoria Quantistica degli Atomi nelle Molecole.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Simmetrie puntuali (riepilogo). Simmetrie traslazionali. Elementi di teoria dei gruppi, gruppi spaziali. Strutture cristalline: reticolo cristallino, sistema cristallino, reticolo di Bravais. Legge di Bragg. Reticolo reciproco (costruzione di Ewald, sfera limite, vettore di scattering). Cristallografia computazionale: sistemi di riferimento, matrice metrica, trasformazioni di similitudine negli spazi diretto e reciproco. Teoria cinematica del fattore di struttura. Densità elettronica, suo ruolo nello studio di sistemi chimici e la sua determinazione sperimentale da dati di diffrazione raccolti a basse temperature. Strumenti: diffrattometri e criostati. Modelli multipolari. Teoria quantistica degli atomi nelle molecole (QTAIM): sua giustificazione fisica. Sottosistemi quantistici. Teoremi di Eherenfest e di Heisenberg. Evoluzione temporale di un osservabile: forze agenti nei sottosistemi quantici. Teorema del viriale. Concetto di atomo topologico. Proprietà dalla densità elettronica: Laplaciano, elliticità, momenti elettrostatici, proprietà integrali. Metodi basati sulla densità elettronica per studiare le interazioni non-covalenti alla base del riconoscimento molecolare. Tecniche di controllo della cristallizzazione, polimorfismo, ingegneria cristallina. Problema CSP ("Crystal Structure Prediction") e possibili approcci computazionali.
Prerequisiti
È consigliabile che lo studente abbia un minimo background in meccanica quantistica di base e algebra vettoriale. Nel dettaglio: ci si aspetta che lo studente sappia cos'è un operatore quantomeccanico; abbia presente il concetto di hermiticità; conosca le basi della meccanica d'onda di Scrhoedinger; abbia presente i concetti di prodotto scalare e vettoriale; conosca le regole di somma e differenza di vettori in spazi Cartesiani. Questi contenuti vengono trattati nei corsi fondamentali di matematica, fisica e chimica fisica della Laurea Triennale in Chimica dell'Università degli Studi di Milano.
Metodi didattici
Il corso viene erogato tramite lezioni frontali, che comprendono anche esercizi guidati. Le lezioni sono tenute alla lavagna. Domande e interventi da parte degli studenti sono incoraggiati. Sono resi disponibili agli studenti dispense e appunti di lezione tramite gli strumenti online forniti dall'Ateneo (ARIEL o altro).
Materiale di riferimento
- Cristallografia generale: C. Giacovazzo et al, Fundamentals of Crystallography, Edited by C. Giacovazzo, International Union of Crystallography (IUCr), Oxford University Press, Oxford, UK, 1992 (o un'edizione più recente)
- Cristallografia applicata: G. H. Stout & L. H. Jensen, X-ray Structure Determination: A practical guide, John Wiley and Sons, New York, USA, 1989
- Teoria Quantistica degli Atomi nelle Molecole: R. F. W. Bader, Atoms in Molecules: A Quantum Theory, Clarendon Press - Oxford, UK, 1990
- Cristallografia applicata: G. H. Stout & L. H. Jensen, X-ray Structure Determination: A practical guide, John Wiley and Sons, New York, USA, 1989
- Teoria Quantistica degli Atomi nelle Molecole: R. F. W. Bader, Atoms in Molecules: A Quantum Theory, Clarendon Press - Oxford, UK, 1990
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica dell'apprendimento viene effettuata tramite un esame orale, al termine del quale sarà espressa una valutazione numerica in trentesimi. Si considera l'esame sufficiente (superato) se lo studente o la studentessa consegue una valutazione di almeno 18/30. Risultati eccezionali possono essere premiati con una menzione d'onore (30/30 e lode). L'esame consiste in una serie di domande aperte con cui il docente verificherà che il candidato (1) abbia una ragionevole padronanza delle nozioni di base della materia, (2) abbia compreso il quadro di riferimento generale di tali nozioni e (3) sappia applicare il know-how acquisito per risolvere semplici problemi, anche con riferimento alla pertinente letteratura scientifica.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
Docente:
Lo Presti Leonardo
Turni:
Turno
Docente:
Lo Presti LeonardoDocente/i
Ricevimento:
Su appuntamento (via e-mail)
Studio Prof. Lo Presti (R21S), Dipartimento di Chimica, Piano Terra, Ala Sud