Metodologie informatiche per la chimica

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Metodologie informatiche per la chimica"

Gilberto Donato
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Metodologie informatiche per la chimica Dr. Sergio Brutti Introduzione

2 Obiettivo del corso Affrontare e approfondire l uso di strumenti informatici per la comprensione, analisi e rappresentazione di specie chimiche e fenomeni chimico-fisici Strumenti informatici Specie chimiche Fenomeni chimico-fisici

rappresentazione di specie chimiche e fenomeni

3 Strumenti informatici Programmi di uso specifico (proprietari o privi di licenza) utili per specifiche applicazioni. Rappresentazione delle molecole Symyx Draw, Jmol, Avogadro Analisi e rappresentazione dei dati: Excel, Origin, Kaleidagraph Visualizzazione e analisi delle immagini: ImageJ Rappresentazione di strutture cristalline: Powdercell, Crystal maker, Carine Interfaccia computer-strumento e analisi di proprietà e fenomeni specifici (spettroscopie, diffrazioni, fenomeni magnetici, meccanici, etc.) Previsione di proprietà di specie chimiche da modelli chimico-fisici (VASP, Gaussian, Amber, GAMESS, CrystalXX, QuantumEspresso.)

immagini: ImageJ Rappresentazione di strutture cristalline: Powdercell, Crystal maker, Carine Interfaccia computer-strumento e analisi di proprietà e fenomeni

4 Specie chimiche Atomi, molecole, ioni, solidi cristallini o amorfi Atomi costituente minimo di ogni sostanza elementare che ne conserva inalterate le proprietà chimico-fisiche. E a sua volta formato di protoni, neutroni ed elettroni. Molecole insieme di almeno due atomi legati assieme da un legame chimico covalente. Ioni atomi o molecole con carica netta non nulla (cationi=positiva, anioni=negativa) Solidi cristallini oggetto solido avente una data composizione chimica costituito da atomi, molecole o ioni aventi una disposizione geometricamente regolare, che si ripete indefinitamente nelle tre dimensioni spaziali, detta reticolo cristallino. Solidi amorfi oggetto solido avente una data composizione chimica in cui non c'è ordine a lungo raggio nelle posizioni degli atomi o delle molecole che lo costituiscono.

Ioni atomi o molecole con carica netta non nulla (cationi=positiva, anioni=negativa) Solidi cristallini oggetto solido avente una data composizione chimica costituito da atomi, molecole o ioni aventi

5 Fenomeni chimici Reazioni chimiche, processi chimico-fisici. Reazione chimica processo di trasformazione della material in cui alcune specie chimiche (reagenti) interagiscono scambiando atomi, molecole, ioni o elettroni per produrre nuove specie chimiche (prodotti) aventi composizione chimica generalmente differente rispetto ai reagenti. Esempi: H 2 O(g) = ½ O 2 (g) + H 2 (g) MnO 4- (aq)+7 e - + 8H + (aq) = Mn 2+ (aq) +4H 2 O(aq) C(s) + O 2 (g) = CO 2 (g) CH 3 CH=CHCH 3 (cis) = CH 3 CH=CHCH 3 (trans) Processi chimico-fisici vasto insieme di processi che riguardano alterazioni della struttura della materia (molecole, ioni, solidi cristallini amorfi) e trasformazioni delle sue proprietà chimico fisiche (struttura elettronica, proprietà vibrazionali e rotazionali, struttura cristallina) Esempi: H 2 O(l) = H 2 O(g) transizione di fase del primo ordine H 2 (g, v=0) = H 2 (g, v=1) transizione tra stati vibrazionali

(prodotti) aventi composizione chimica generalmente differente rispetto ai reagenti.

6 Rappresentazione di specie chimiche Specie chimiche?? Strumenti informatici acetone Mano libera 2D 3D Molecular drawing tool Disposizione nello spazio degli atomi Modello chimico-fisico

7 Interpretazione di fenomeni complessi Specie chimiche?? Strumenti informatici Fenomeni chimico-fisici Manca una tessera del puzzle!!! Gli strumenti informatici non sono in grado di fornire un interpretazione di una data fenomenologia

8 Strumenti informatici e realtà sperimentali Fenomenologia sperimentale Specie chimiche Interpretazione Strumenti informatici Fenomeni chimico-fisici Modello chimico-fisico Gli strumenti informatici consentono di elaborare i dati sperimentali alla luce di un dato modello chimico-fisico Obiettivo dell uso degli strumenti informatici: supportare un modello chimicofisico mediante una elaborazione coerente dei dati sperimentali e la valutazione di proprietà chimico-fisiche sperimentali

sperimentali alla luce di un dato modello chimico-fisico Obiettivo dell uso degli strumenti informatici: supportare un

9 Strumenti informatici e realtà sperimentali P / bar Specie chimiche Fenomeno chimico Dati Esperimento Esempio: l evaporazione dell Acetone Specie chimica: acetone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno chimico-fisico: Evaporazione Osservabili sperimentali: Temperatura vs. tensione di vapore dati T / K

acetone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno chimico-fisico: Evaporazione Osservabili

10 P / bar Log (P / bar) Strumenti informatici e realtà sperimentali Specie chimica: acetone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno chimico-fisico: Evaporazione dati T / K Esempio: l evaporazione dell Acetone Regressione lineare Log p/bar = / (T/K) / (T/K) Modello chimico-fisico: Equazione di Van t Hoff Log p/bar = A + B/(T/K)

5 0 300 320 340 360 380 400 T / K Esempio: l evaporazione dell Acetone 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.

11 Strumenti informatici ed elaborazioni computazionali Fenomenologia sperimentale Specie chimiche Fenomenologia computazionale Strumenti informatici Fenomeni chimico-fisici Modello chimico-fisico Gli strumenti informatici consentono di produrre dati computazionali alla luce di un dato modello chimico-fisico Obiettivo dell uso degli strumenti informatici: produrre previsioni di proprietà chimico-fisiche da confrontare con analoghe determinazioni sperimentali al fine di supportare un dato modello chimico-fisico

computazionali alla luce di un dato modello chimico-fisico Obiettivo dell uso degli strumenti informatici: produrre previsioni

12 P / torr Strumenti informatici ed elaborazioni computazionali Fenomenologia Specie chimica: acetone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno chimico-fisico: Evaporazione Fenomenologia computazionale Strumenti informatici Modello chimico-fisico Equazione di Antoine per l acetone Log p/torr = / (T/C+229) T / C

Evaporazione Fenomenologia computazionale Strumenti informatici Modello chimico-fisico

13 P / torr Strumenti informatici ed elaborazioni computazionali Fenomenologia sperimentale Fenomenologia computazionale Specie chimica: acetone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno chimico-fisico: Evaporazione Strumenti informatici Modello chimico-fisico Equazione di Antoine per l acetone T / C

Fenomeno chimico-fisico: Evaporazione Strumenti informatici Modello

14 Perché usare il PC (o il Mac)? Specie chimiche Fenomeni chimico-fisici Modello chimico-fisico Strumenti informatici Finalità di supporto alla rappresentazione di specie chimiche e all interpretazione delle fenomenologie sperimentali mediante elaborazione matematica dei dati Finalità predittiva di dati computazionali mediante elaborazione matematica di modelli chimico fisici

di supporto alla rappresentazione di specie chimiche e all interpretazione delle

15 Condizioni a contorno 1.Il corso è di 5 crediti e si articola in 24 ore di lezione e 24 ore di esercitazioni al PC 2.Le esercitazioni sono 12, ciascuna di circa 2 ore. 3.Le esercitazioni si terranno all aula A del CIGAS il giovedì dalle 11:30 alle 13:30 4.Alla fine di ogni esercitazione ogni studente deve consegnare un file con la risposta al quesito proposto. L elaborato sarà valutato. 5.Per chi segue il corso le esercitazioni sono obbligatorie, nel caso di assenza dovranno essere recuperate. Il recupero avverrà in corso di semestre secondo le modalità concordate con il docente 6.Se le esercitazioni verranno completate tutte, la valutazione media degli elaborati costituirà circa l 80% della valutazione finale di profitto (esame) 7.Per chi segue il corso e al suo termine avrà completato tutte le esercitazioni l esame consisterà in un breve colloquio orale. 8.Per chi non segue il corso o non ha completato le esercitazioni l esame consisterà di una prova incognita al PC e di una prova orale.

L elaborato sarà valutato. 5.Per chi segue il corso le esercitazioni sono obbligatorie, nel caso di assenza dovranno essere recuperate.

16 Dispense e materiale didattico Le dispense che verranno proiettate durante questo corso si possono scaricare al sito internet del docente: In tale sito, oltre alla descrizione del gruppo di ricerca, dei progetti in cui sono coinvolto e dei miei collaboratori (oltre alle tesi disponibili), saranno via via caricate le dispense (in anticipo rispetto alle lezioni). Per accedere dovrete entrare nell area riservata mediante le seguenti credenziali: UserID: 2012_2013 Password: dispense Sono confidenziali, non divulgatele troppo.

it/sbrutti In tale sito, oltre alla descrizione del gruppo di ricerca, dei progetti in cui sono coinvolto e dei miei collaboratori (oltre

Documenti analoghi

Metodologie informatiche per la chimica

Metodologie informatiche per la chimica Dr. Sergio Brutti Introduzione SB background Laurea in Chimica nel 2000 Dottorato in Scienze Chimiche nel 2004 Post doc all Università di Roma Sapienza, Roma Tre,