B5002 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI FUNZIONALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce e sa applicare le principali metodologie teoriche qualitative e quantitative (computazionali) per lo studio e la previsione della reattività molecolare, inclusi stati eccitati, loro proprietà e cammini di reazione fotochimici coinvolgenti materiali molecolari fotoattivi, anche complessi. È in grado di razionalizzare in termini molecolari le proprietà di vari materiali funzionali, in particolare di quelli fotoattivi, incluse le loro interazioni con l’ambiente, e ne conosce le principali applicazioni tecnologiche attuali o potenziali (es. in elettronica organica, celle solari, sensoristica, fotonica, etc). Ha competenze di modellazione molecolare, di simulazione al calcolatore di processi termici e fotochimici e di progettazione e realizzazione di nuovi prodotti o materiali “smart”, con particolare riferimento ai sistemi molecolari fotoresponsivi.

Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento deve possedere una conoscenza di base dei fondamenti di meccanica quantistica, spettroscopia e fotochimica.

Contenuti: Modelli teorici per lo studio di problemi di reattivita' in Chimica e Fotochimica. In particolare: (i) Il modello PMO (Perturbation Molecular Orbital), soprattutto nell'approssimazione dell'orbitale di frontiera (FMO). (ii) Il modello di Woodward-Hoffmann. (iii) Il modello basato sul mescolamento di configurazioni elettroniche nell'ambito dell'approssimazione del Legame di Valenza (CM-VB). Applicazioni ad alcune importanti classi di reazioni chimiche e fotochimiche. Esame operativo degli strumenti di base della Chimica e Fotochimica Computazionale: (a) Algoritmi per l'esplorazione delle superfici d'energia potenziale e per la localizzazione dei canali di reazione (foto)chimici. (b) Metodi quantomeccanici utilizzati per la costruzione di tali superfici (Interazione di Configurazione, MC-SCF, metodi perturbativi). (c) Metodi ibridi QM/PCM, QM/MM, etc. Attraverso alcuni esempi, si illustrera' l'utilizzo di tali strumenti nella progettazione virtuale di materiali molecolari fotoattivi. Nel corso delle esercitazioni di laboratorio, tali strumenti verranno applicati a problemi concreti di reattivita' e struttura in Fotochimica Organica, Fotobiologia, e Chimica dei Materiali. Saranno richieste relazioni di laboratorio per le esperienze effettuate.

Testi/Bibliografia

Mechanism and Theory in Organic Chemistry Lowry, T. H.; Richardson K. S.

Advanced Organic Chemistry Sundberg, R. J. ;F. A. Carey

Dispense e articoli vari forniti/segnalati dal docente durante le lezioni.

Metodi didattici

Lezioni frontali svolte in aula (4 CFU). Esercitazioni computazionali nel laboratorio informatico (2 CFU).

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una singola prova scritta finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. La prova consiste in domande teoriche e problemi da risolvere attraverso le tecniche apprese durante il corso. A ciascuna domanda o problema corrisponde un punteggio che concorre alla valutazione finale della prova (per un massimo totale di 33 punti, corrispondenti a 30 e Lode) che si intende superata con punteggio di almeno 18/30.

Saranno richieste le relazioni di laboratorio delle esperienze effettuate.

Strumenti a supporto della didattica

Proiezione di diapositive attraverso apparati digitali durante le lezioni in aula.

Workstations, strumenti di calcolo e software aggiornato per l'esplorazione e lo studio dei meccanismi di reazione (foto)chimici.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Garavelli