Metodologie informatiche per la chimica

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Evangelina Volpi
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1 Metodologie informtihe per l himi Dr. Sergio Brtti Introdione

2 Oiettio del orso Affrontre e pprofondire l so di strmenti informtii per l omprensione, nlisi e rppresentione di speie himihe e fenomeni himio-fisii Strmenti informtii Speie himihe Fenomeni himio-fisii

3 Strmenti informtii Progrmmi di so speifio (proprietri o prii di lien) tili per speifihe ppliioni. Rppresentione delle moleole Sm Drw, Jmol, Aogdro Anlisi e rppresentione dei dti: Eel, Origin, Kleidgrph Visliione e nlisi delle immgini: ImgeJ Rppresentione di strttre ristlline: Powderell, Crstl mker, Crine Interfi ompter-strmento e nlisi di proprietà e fenomeni speifii (spettrosopie, diffrioni, fenomeni mgnetii, menii, et.) Preisione di proprietà di speie himihe d modelli himio-fisii (VASP, Gssin, Amer, GAMESS, CrstlXX, QntmEspresso.)

4 Speie himihe Atomi, moleole, ioni, solidi ristllini o morfi Atomi ostitente minimo di ogni sostn elementre he ne onser inlterte le proprietà himio-fisihe. E s olt formto di protoni, netroni ed elettroni. Moleole insieme di lmeno de tomi legti ssieme d n legme himio olente. Ioni tomi o moleole on ri nett non nll (tioni=positi, nioni=negti) Solidi ristllini oggetto solido ente n dt omposiione himi ostitito d tomi, moleole o ioni enti n disposiione geometrimente regolre, he si ripete indefinitmente nelle tre dimensioni spili, dett retiolo ristllino. Solidi morfi oggetto solido ente n dt omposiione himi in i non 'è ordine lngo rggio nelle posiioni degli tomi o delle moleole he lo ostitisono.

5 Fenomeni himii Reioni himihe, proessi himio-fisii. Reione himi proesso di trsformione dell mteril in i lne speie himihe (regenti) intergisono smindo tomi, moleole, ioni o elettroni per prodrre noe speie himihe (prodotti) enti omposiione himi generlmente differente rispetto i regenti. Esempi: H O(g) = ½ O (g) + H (g) MnO 4- (q)+7 e - + 8H + (q) = Mn + (q) +4H O(q) C(s) + O (g) = CO (g) CH 3 CH=CHCH 3 (is) = CH 3 CH=CHCH 3 (trns) Proessi himio-fisii sto insieme di proessi he rigrdno lterioni dell strttr dell mteri (moleole, ioni, solidi ristllini morfi) e trsformioni delle se proprietà himio fisihe (strttr elettroni, proprietà irionli e rotionli, strttr ristllin) Esempi: H O(l) = H O(g) trnsiione di fse del primo ordine H (g, =0) = H (g, =) trnsiione tr stti irionli

6 Rppresentione di speie himihe Speie himihe?? Strmenti informtii etone Mno lier D 3D Molelr drwing tool Disposiione nello spio degli tomi Modello himio-fisio

7 Interpretione di fenomeni omplessi Speie himihe?? Strmenti informtii Fenomeni himio-fisii Mn n tesser del ple!!! Gli strmenti informtii non sono in grdo di fornire n interpretione di n dt fenomenologi

8 Strmenti informtii e reltà sperimentli Fenomenologi sperimentle Speie himihe Interpretione Strmenti informtii Fenomeni himio-fisii Modello himio-fisio Gli strmenti informtii onsentono di elorre i dti sperimentli ll le di n dto modello himio-fisio Oiettio dell so degli strmenti informtii: spportre n modello himiofisio medinte n elorione oerente dei dti sperimentli e l ltione di proprietà himio-fisihe sperimentli

9 Strmenti informtii e reltà sperimentli P / r Speie himihe Fenomeno himio Dti Esperimento Esempio: l eporione dell Aetone Speie himi: etone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno himio-fisio: Eporione Osserili sperimentli: Tempertr s. tensione di pore dti T / K

10 P / r Log (P / r) Strmenti informtii e reltà sperimentli Speie himi: etone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno himio-fisio: Eporione dti T / K Esempio: l eporione dell Aetone Regressione linere Log p/r = / (T/K) / (T/K) Modello himio-fisio: Eqione di Vn t Hoff Log p/r = A + B/(T/K)

11 Strmenti informtii ed elorioni omptionli Fenomenologi sperimentle Speie himihe Fenomenologi omptionle Strmenti informtii Fenomeni himio-fisii Modello himio-fisio Gli strmenti informtii onsentono di prodrre dti omptionli ll le di n dto modello himio-fisio Oiettio dell so degli strmenti informtii: prodrre preisioni di proprietà himio-fisihe d onfrontre on nloghe determinioni sperimentli l fine di spportre n dto modello himio-fisio

12 P / torr Strmenti informtii ed elorioni omptionli Fenomenologi Speie himi: etone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno himio-fisio: Eporione Fenomenologi omptionle Strmenti informtii Modello himio-fisio Eqione di Antoine per l etone Log p/torr = 7. 0 / (T/C+9) T / C

13 P / torr Strmenti informtii ed elorioni omptionli Fenomenologi sperimentle Fenomenologi omptionle Speie himi: etone CH 3 C(=O)CH 3 Fenomeno himio-fisio: Eporione Strmenti informtii Modello himio-fisio Eqione di Antoine per l etone T / C

14 Perhé sre il PC (o il M)? Speie himihe Fenomeni himio-fisii Modello himio-fisio Strmenti informtii Finlità di spporto ll rppresentione di speie himihe e ll interpretione delle fenomenologie sperimentli medinte elorione mtemti dei dti Finlità preditti di dti omptionli medinte elorione mtemti di modelli himio fisii

15 Condiioni ontorno.il orso è di 5 rediti e si rtiol in 4 ore di leione e 4 ore di eseritioni l PC. Le eseritioni sono 8, isn di ir 3 ore. Le eseritioni si terrnno ll l A del CIGAS generlmente il gioedì.all fine di ogni eseritione ogni stdente dee inire l doente i mil (sergio.rtti@nis.it) n file on l rispost l qesito proposto. L elorto srà ltto. 3.L freqen lle eseritioni è oligtori 4.Qlor lmeno 7 elorti di eseritione enissero onsegnti, l ltione medi degli elorti ostitirà oto d ingresso (ir l 80% dell ltione omplessi) per l esme finle. Chi ompleterà ttte le 8 eseritioni potrà srtre l eseritione on ltione peggiore dl lolo dell ltione medi degli elorti. 5.Per hi sege il orso e l so termine rà ompletto lmeno 7 eseritioni l esme onsisterà in n ree olloqio orle. 6.Per hi non sege il orso o non h ompletto le eseritioni l esme onsisterà di n pro inognit l PC e di n pro orle.

16 Dispense e mterile didttio Le dispense he errnno proiettte drnte qesto orso si possono srire l sito internet del doente: In tle sito, oltre ll desriione del grppo di rier, dei progetti in i sono oinolto e dei miei ollortori (oltre lle tesi disponiili), srnno i i rite le dispense (in ntiipo rispetto lle leioni). Per edere dorete entrre nell re risert medinte le segenti redenili: UserID: 05_06 Pssword: dispense Sono onfidenili, non dilgtele troppo.

17 Metodologie informtihe per l himi Dr. Sergio Brtti Vettori

18 Definiioni se: Elementi di lger linere SISTEMA DI RIFERIMENTO CARTESIANO 3D: spio 3 dimensionli definito d 3 rette ortogonli di lnghe nitri detti ersori (,, ) he si interseno ttte in n pnto himto origine (O). S isno dei ersori è fissto n orientmento e n nità di misr he onsent di identifire qlsisi pnto del pino medinte nmeri reli. SPAZIO VETTORIALE: strttr lgeri fondmentle ostitit d n mpo ( insieme dei nmeri reli ) definiti d no sistem di riferimento rtesino 3D (spio rtesino) e n insieme i i elementi (slri e ettori) sono dotti delle operioni di somm ettorile e moltipliione slre. VETTORE: elemento geometrio di no spio ettorile dotto di modlo, direione e erso. SCALARE: elemento di n mpo ( mpo dei nmeri reli ) ssoito d n dto spio ettorile ostrito sl mpo stesso ttrerso l'operione di moltipliione slre. Grnde definit d n nmero.

19 Eqione di n ettore Vettore Dto n qlnqe pnto di no spio ettorile rtesino (on ersiori,,) definito d n tern di oordinte (,,) si definise ettore pplito ll origine (O) il segmento orientto he onginge O (,,). Eqione di n ettore Vettore Modlo di n ettore Distn tr l origine e il ertie del ettore O

20 O Eqione di n ettore - esempio Dto n ettore pplito ll origine di eqione Vettore Clolrne il modlo Definire l eqione del ettore opposto (stesso pnto di ppliione e stesso modlo m erso opposto) 3 9

21 Vettore-rig (o ettore olonn) Vettori ome mtrii Un mtrie definit d n sol rig (o olonn) oero di dimensione N (o N) iene dett ettore-rig o ettore-olonn. I ettori del mpo dei nmeri reli definiti d no spio ettorile rtesino engono rppresentti ome ettori-olonn Eqione di n ettore Desriione on n ettore-olonn

22 Vettori ome mtrii - esempio Dto de ettori di eqione Gli eqilenti ettori olonn srnno

23 Somm tr ettori Dti de ettori e di eqione Desritti di segenti ettori-olonn Si definise somm tr ettori l segente operione elementre: w Il risltto è n noo ettore w on n dierso modlo, direione e erso.

24 Somm tr ettori - esempio Dti de ettori e di eqione Desritti di segenti ettori-olonn L somm de de ettori srà il noo ettore w: w

25 Prodotto di no slre per n ettore Dto n ettori e no slre l Il prodotto dello slre per il ettore definise n noo ettore k dto d: l l l l l l l l k

26 Prodotto di no slre per n ettore - esempio Dto n ettori e no slre l/ Il prodotto dello slre per il ettore definise n noo ettore k dto d: k

27 Prodotto slre tr ettori Dti de ettori e di eqione Desritti di segenti ettori-olonn Il prodotto slre tr i de ettori è dto d: g g, os Le de operioni sono eqilenti e il risltto è lo slre g.

28 Prodotto slre tr ettori - esempio Dti de ettori e di eqione Desritti di segenti ettori-olonn e enti i segenti modli Il prodotto slre tr i de ettori è dto d: ros ˆ ˆ os, os, os rd g g

29 ESERCIZI

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