Si danno per assodate competenze e conoscenze nella chimica fisica (termodinamica e cinetica) nell'analisi matematica e nella fisica di base (meccanica, ottica ed elettromagnetismo). 

Struttura atomica e molecolare. Teoria quantistica: la dualità onda-particella; l'equazione di Schroedinger; autovalori e autofunzioni; il principio di indeterminazione. Moti traslazionali, vibrazionali e rotazionali: la particella nella scatola, il tunnelling quanto-meccanico; livelli energetici, funzioni d'onda. La struttura atomica: atomi idrogenoidi; atomi a più elettroni. Struttura molecolare: le teorie del legame di valenza e dell'orbitale molecolare: lo ione H2+; molecole diatomiche omonucleari e dinucleari; orbitali molecolari per sistemi poliatomici. Spettroscopia molecolare: Interazione radiazione-materia. Spettroscopia rotazionale, vibrazionale, elettronica. Termodinamica statistica

Il corso si propone di introdurre i principi della meccanica quantistica, la teoria dei gruppi, la struttura atomica e molecolare. Verranno introdotti i concetti che consentono il calcolo della struttura elettronica e roto-vibrazionale. Infine, proprietà elettriche e magnetiche verranno analizzate e razionalizzate sulla base dei concetti precedentemente introdotti.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare i principi fondamentali della meccanica quantistica; di saper discutere la forma e le proprietà degli orbitali per l'atomo idrogenoide e per gli atomi multielettronici; di saper analizzare la natura del legame chimico in molecole biatomiche e poliatomiche; di saper interpretare le proprietà ottiche, elettriche e magnetiche di molecole.

Lezione frontale ed esercitazioni in aula.

Il conseguimento dei crediti attribuiti all’insegnamento è ottenuto mediante prova orale, con votazione finale in trentesimi ed eventuale lode.

Fondamenti della Meccanica Quantistica

• Limiti della fisica classica: effetto fotoelettrico, doppia fenditura, corpo nero
• Dualismo onda-particella, de Broglie, principio di indeterminazione

L’equazione di Schrödinger e i sistemi modello

• Schrödinger indipendente dal tempo
• Particella in una scatola (1D, 2D, 3D)
• Oscillatore armonico quantistico
• Rotatore rigido
• Atomo di idrogeno: livelli energetici e funzione d’onda

Momento angolare, spin e struttura atomica

• Operatore momento angolare e commutatori
• Spin elettronico e principio di Pauli
• Configurazioni elettroniche e periodicità
• Cenni a metodi approssimati per atomi multielettronici

Introduzione alla Meccanica Quantistica Molecolare

• Teoria del legame di valenza (VB)
• Orbitali molecolari (MO)
• Diagrammi MO per molecole biatomiche semplici (H₂, N₂, O₂, etc.)

Termodinamica Statistica

• Microstati e macrostate, probabilità e distribuzione di Boltzmann
• Funzione di partizione e significato fisico
• Connessione tra Z e funzioni termodinamiche (U, S, G, F)
• Sistemi modello:
  • Particella in una scatola → contributo traslazionale
  • Oscillatore armonico → contributo vibrazionale
  • Rotatore rigido → contributo rotazionale
• Calcolo di capacità termiche, energia interna e entropia molecolare
• Cenni alla distribuzione di Maxwell-Boltzmann

Applicazioni e spettroscopia

• Relazione tra livelli quantistici e spettri IR, rotazionale, UV-Vis
• Regole di selezione semplici
• Interazione luce-materia in chiave quantistica/statistica

Esercitazioni e problemi

• Risoluzione di Schrödinger per i modelli base
• Calcoli di funzione di partizione e proprietà termodinamiche
• Interpretazione di spettri e configurazioni elettroniche

Chimica Fisica, Terza edizione italiana, Peter W. Atkins – Zanichelli
Meccanica quantistica molecolare, Peter William Atkins, Roland S Friedman, Zanichelli, 2000

Introduzione alla Meccanica Quantistica, Seconda Edizione Italiana, David Griffiths, Darrell F. Schroeter, Zanichelli Editore

Chimica Fisica, L. Compiani, C. La Rosa, P. Sassi, UTET Università

Dispense e appunti di lezione