Cristallochimica

A.A. 2020/2021
6
Crediti massimi
48
Ore totali
SSD
CHIM/02
Lingua
Italiano
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.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
A causa dell'emergenza sanitaria dovuta alla pandemia di SARS-CoV2 del 2019-2020, il corso di Cristallochimica sarà tenuto nel primo semestre dell'AA 2020-2021 a distanza in modalità asincrona. Le lezioni saranno videoregistrate su PC. I video delle lezioni saranno resi disponibili tramite la piattaforma ARIEL. Sono previste delle riunioni telematiche sulla piattaforma Microsoft Teams di Ateneo, durante le quali gli studenti potranno porre domande ed interloquire con il docente. Se le condizioni contingenti lo permetteranno, sono anche previste delle attività formative in presenza, consistenti in una visita presso i laboratori di diffrattometria del Dipartimento di Chimica e in simulazioni al calcolatore di problemi di stato solido. I contatti con gli studenti saranno mantenuti via mail, oppure tramite lo spazio Forum della Piattaforma ARIEL. A questo scopo, è richiesto che gli studenti interessati a seguire il corso informino il docente via e-mail (leonardo.lopresti@unimi.it).

- ore di didattica in presenza: 0
- ore di didattica a distanza in modalità sincrona: 0
- ore di didattica a distanza in modalità asincrona: 48
- data inizio lezioni 01/10/2020
- presenza di momenti di accoglienza / approfondimento in presenza: Solo se possibile sulla base della situazione contingente e delle disposizioni di Ateneo.
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.
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 attraverso la piattaforma ARIEL dispense e appunti di lezione.
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
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
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento (via e-mail)
Studio Prof. Lo Presti (R21S), Dipartimento di Chimica, Piano Terra, Ala Sud