CHIMICA QUANTISTICA

L’insegnamento ricade tra gli insegnamenti caratterizzanti comuni al corso di laurea magistrale di Scienze e Tecnologie Sostenibili e ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti
metodologici tipici della quantomeccanica.
Obiettivi dell’insegnamento sono: sviluppare capacità di riflessione su sistemi molecolari e nanostrutturati e fornire
strumenti metodologici di base per l'analisi quantitativa degli stessi. Particolare riguardo viene dedicato agli aspetti tipici di oggetti di dimensione nanometrica, alle molecole e ai cluster. Il raggiungimento di questi obiettivi permette allo studente di avere le basi per
lo studio e l'eventuale successivo approfondimento dello
studio delle nanotecnologie.

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte dal corso (lezioni
frontali, esercitazioni) e lo studio individuale
consentiranno agli studenti di raggiungere il seguente grado di conoscenza e comprensione:
1. acquisire i metodi matematici principali per lo studio di sistemi quantomeccanici;
2. apprendere le metodologie di studio e analisi di sistemi molecolari e nanostrutturati.
Lo studente acquisirà la capacità di applicare conoscenza e comprensione per lo studio di sistemi molecolari e a dimensione nanometrica
correlando le proprietà dimensionali/strutturali con le proprietà macroscopiche.
La capacità di giudizio consisterà nel sapere applicare lo studio relativo alle proprietà del mondo a dimensione nanometrica in ambito tecnologico ed applicativo.

Il corso farà elevato uso di metodi matematici quindi la conoscenza del calcolo differenziale ed integrale è essenziale, inoltre i concetti di base di Fisica I e di Fisica II, in special modo onde ed elettromagnetismo
saranno necessari per poter frequentare in modo proficuo questo insegnamento.

ATOMI AD UN ELETTRONE
Equazione di Schroedinger
Separazione in equazione indipendente dal tempo
Soluzioni delle Equationi
Eigenvalues, Numeri Quantici e Degeneracy
Eigenfunctions
Probability Densities
Orbital Angular Momentum
Eigenvalue Equations
MAGNETIC DIPOLE MOMENTS, SPIN, AND TRANSITION RATES
Orbital Magnetic Dipole Moments
The Stern-Gerlach Experiment and Electron Spin
The Spin-Orbit Interaction
Total Angular Momentum
Spin-Orbit Interaction Energy and the Hydrogen Energy Levels
Transition Rates and Selection Rules
A Comparison of the Modern and Old Quantum Theories
MULTIELECTRON ATOMS—GROUND STATES AND X-RAY EXCITATIONS
Identical Particles
The Exclusion Principle
Exchange Forces and the Helium Atom
The Hartree Theory
Results of the Hartree Theory
Ground States of Multielectron Atoms and the Periodic Table
X-Ray Line Spectra
MULTIELECTRON ATOMS—OPTICAL EXCITATIONS
Alkali Atoms
Atoms with Several Optically Active Electrons
LS Coupling
Energy Levels of the Carbon Atom
The Zeeman Effect
QUANTUM STATISTICS
Indistinguishability and Quantum Statistics
The Quantum Distribution Functions
Comparison of the Distribution Functions
The Specific Heat of a Crystalline Solid
The Boltzmann Distributions as an Approximation to Quantum Distributions
The Laser
The Photon Gas
The Phonon Gas
Bose Condensation and Liquid Helium
The Free Electron Gas
Contact Potential and Thermionic Emission
Classical and Quantum Descriptions of the State of a System
MOLECULES
Ionic Bonds
Covalent Bonds
Molecular Spectra
Rotational Spectra
Vibration-Rotation Spectra
Electronic Spectra
The Raman Effect
Determination of Nuclear Spin and Symmetry Character
SOLIDS—CONDUCTORS AND SEMICONDUCTORS
Types of Solids
Band Theory of Solids
Electrical Conduction in Metals
The Quantum Free-Electron Model
The Motion of Electrons in a Periodic Lattice
Semiconductors
Semiconductor Devices
SOLIDS—SUPERCONDUCTORS AND MAGNETIC PROPERTIES
Superconductivity
Magnetic Properties of Solids
Paramagnetism
Ferromagnetism
Antiferromagnetism and Ferrimagnetism

R. Eisberg, R. Resnick, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles Second Edition, John Wiley & Sons.
D. Griffith, Introduction to Quantum Mechanics, Cambridge University Press.
L. Pauling,E. Bright Wilson, Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry, Dover Edition.
W. Ashcroft Neil, D. Mermin, Solid State Physics, Thomson Press.

Risoluzione di esercizi (14%) - 15 punti ciascuno.
Non c'è modo migliore per capire la chimica fisica che fare esercizi. Lo scopo
è quello di imparare ad applicare concetti matematici alla risoluzione di problemi applicati ai sistemi chimici.
A questo scopo verranno dati durante il corso 8 problemi da risolvere da parte degli studenti, individualmente o in gruppi,
che andranno riconsegnati entro una data che verrà comunicata a lezione. Il lavoro di gruppo è incoraggiato
in quanto aiuta a sviluppare la capacità di ragionamento, la capacità di lavorare in un team e aiuta la comprensione.
I gruppi consegneranno un documento firmato con la soluzione del problema proposto, e il voto assegnato sarà condiviso in parti uguali
a ciascun membro del gruppo. La risoluzione dei problemi assegnati verrà valutata in base alla completezza ed accuratezza della risoluzione proposta.
La risoluzione dei problemi assegnati verrà discussa in classe.
Esami intermedi (61%) -200 punti ciascuno
Ci saranno 4 esami intermedi durante il semestre ognuno dei quali varrà il 20% del punteggio finale.
Un'idea tentativa degli argomenti possibili è la seguente:
Esame intermedio 1 Multi electron atoms and the periodic table
Esame intermedio 2 Quantum Statistics
Esame intermedio 3 Molecules
Esame intermedio 4 Solids
La votazione più bassa ottenuta negli esami intermedi non verrà considerata nel computo della media finale del voto e conterà un 61 % del punteggio finale.
Esame finale (25%) - 250 punti
L'esame finale sull'intero programma svolto si svolgerà durante la sessione di esami.

Lezioni frontali alla lavagna

Italiano

Accessibilità, Disabilità e Inclusione

Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.

scritto e orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Cambiamento climatico e energia" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile