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STRUTTURISTICA

 

Structural Chemistry

 

Anno accademico 2017/2018

Codice attività didattica
CHI0054
Docente
Prof. Piero Ugliengo (Titolare del corso)
Anno
1° anno, 2° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Scritto
Prerequisiti
  • Italiano
  • English

Buone basi di fisica, matematica e chimica fisica (analisi differenziale, algebra matriciale, serie e trasformate di Fourier, struttura atomica, legame chimico, conoscenza di tecniche spettroscopiche di indagine). I concetti matematici fondamentali, quali le serie di Fourier, le trasformate di Fourier, la delta di Dirac e alcuni passaggi di algebra matriciale vengono richiamati nel corso per permettere una coerenza formale.

Propedeutico a
Nessuna propedeuticità
Mutuato da
Non mutuato
 
 

Avvisi

Presentazione proposte di tesi LM Chimica
 

Obiettivi formativi

  • Italiano
  • English

Illustrare allo studente quali sono gli approcci moderni per la determinazione
della struttura molecolare a risoluzione atomica. Lo studente acquisirà conoscenze
sulle proprietà della materia cristallina e sulla sua interazione con radiazione-x.
Lo studente dovrà comprendere la letteratura moderna nella quale l’informazione
strutturale è di importanza fondamentale (biochimica, scienza dei materiali, catalisi).
Lo studente dovra’ inoltre essere capace di rappresentare l’informazione strutturale
proveniente da database cristallografici mediante opportuni programmi di grafica molecolare.

 

Risultati dell'apprendimento attesi

  • Italiano
  • English

Al termine dell'insegnamento lo studente dovra' essere in grado di:

1) conoscere i fondamenti della cristallografia geometrica tra cui i concetti di:
reticolo cristallino, simmetria reticolare, gruppi punto e spaziali in 2D e 3D,
struttura cristallina, piani cristallografici, indici di Miller,
tensore metrico, matrici di ortonormalizzazione,
rappresentazione matriciale degli operatori di simmetria.

2) conoscere le basi della interazione tra raggi-X e materia cristallina, tra cui concetti quali:
descrizione di un'onda, principio di sovrapposizione, interferenza e diffrazione delle onde.

3) conoscere le leggi della diffrazione dei raggi-X da parte dei cristalli,
quali le equazioni di Ewald, la legge di Bragg.

4) conoscere i metodi di soluzione della struttura cristallina, quali: il metodo di Patterson,
il metodo dell'atomo pesante, la sostituzione isomorfa, i metodi diretti.

5)  capacità di accedere ai principali database strutturali (organici, inorganici e biologici) per estrarre informazione strutturale preesistente di cui valutare la bonta' nella determinazione strutturale

6) capacità di utilizzare i piu' comuni programmi di grafica molecolare (MOLDRAW e JMOl) per rappresentare e manipolare la struttura di molecole, slabs e cristalli provenienti da articoli e database strutturali (vedi punto 5)) 

 

Programma

  • Italiano
  • English

Il corso fornisce le basi per comprendere come si possa arrivare alla conoscenza
accurata della struttura molecolare con un approccio sperimentale.
Partendo dai concetti fondamentali di cristallografia geometrica si passa a studiare dettagliatamente il
fenomeno della interazione tra sistemi cristallini e raggi-X. L’interpretazione di questi esperimenti
tramite un approccio matematico (si utilizzano le serie e le trasformate di Fourier) porterà a comprendere
come si possano determinare le posizioni atomiche all’interno dei cristalli con grande accuratezza.

Stati della materia. Anisotropia. Significato di ordine. Equilibrio termico. Stato solido: ordine o disordine? Stato amorfo.
Elementi di cristallografia geometrica. Reticolo monodimensionale. Elementi di simmetria 1D. Stato cristallino 2D.
Elementi di simmetria 2D. Reticolo Tridimensionale. Tensore metrico. Matrici di ortonormalizzazione.
Rappresentazione matriciale degli operatori di simmetria.  Descrizione matematica delle onde elettromagnetiche. Principio di sovrapposizione. Interferenza e diffrazione. 

Generazione e definizione di raggi-x. Interazione raggi-x materia. Diffrazione da parte di un reticolo 3D finito.
Figure di diffrazione di un reticolo 3D finito. Diffrazione di un reticolo 3D infinito. Equazioni di Laue.
Analogie con l'ottica classica. Limiti sperimentali. Legge di Bragg.
Cerchio (2D) e sfera (3D) di Ewald. Reticolo reciproco e diffrazione. Metodo delle polveri (Debye-Scherrer).
Diffusione di raggi-x da una distribuzione di elettroni. Figura di diffrazione del motivo strutturale.
Sintesi di Fourier. Simmetria della figura di diffrazione. Legge di Friedel. Assenze sistematiche.
Funzioni di Patterson e struttura cristallina. Forma della funzione di Patterson. Significato della
funzione di Patterson. Metodi di soluzione basati sulla funzione di Patterson. Mappe di Patterson.
I metodi di soluzione. Metodo dell'atomo pesante. Caso centro e non-centro simmetrico.
Metodi diretti (solo teoremi fondamentali).
Metodi per l'affinamento delle strutture cristalline. Affinamento di Fourier ciclico.
Sintesi di Fourier differenza. Metodo dei minimi quadrati (solo cenni).  I database strutturali (CSD, ICSD e PDB) e reperimento dell'informazione strutturale. I programmi di grafica molecolare  (MOLDRAW JMOl) per la visualizzazione e manipolazione dei dati strutturali.

 

Modalità di insegnamento

  • Italiano
  • English

L'insegnamento viene erogato in forma tradizionale con lezioni frontali.
Le lezioni vengono svolte alla lavagna con lo svolgimento dei passagi matematici e non viene fatto
ricorso a proiezioni con Powerpoint.
Lo scopo e' trasmettere una metodologia di soluzione di problemi di interesse
cristallografico mediante una serie razionale di elaborazioni formali.
Si svolgeranno alcune sessioni esercitative al
calcolatore mirate a sviluppare capacità nel reperimento dell'informazione strutturale da banche dati cristallografiche
e alla loro visualizzazione mediante programmi di grafica molecolare.

 

Modalità di verifica dell'apprendimento

  • Italiano
  • English

Durante lo svolgimento dell'insegnamento si svolgeranno mini-presentazioni degli studenti in lingua inglese atte a descrivere un articolo a carattere strutturale da cui estrarre i dati strutturali e a darne una rappresentazione grafica.  L'esame finale si svolge in forma scritta. Lo scritto consiste di  20 domande aperte che mirano a verificare i risultati dell'apprendimento attesi. Le domande riguardano i principali concetti illustrati e discussi nell'insegnamento.

La valutazione dell'elaborato e' globale e, anche se viene assegnato un punteggio
per ogni esercizio  tra 0-2 punti, si valuterà:
1) la chiarezza espositiva dei concetti con un peso al linguaggio utilizzato
2) la gravita' degli errori compiuti relativamente alla loro importanza rispetto
ai risultati dell'apprendimento attesi.
Per esempio, verra' dato molto peso ad
errori concettuali sulle leggi fondamentali della cristallografia o sui fondamenti delle
metodologie di risoluzione strutturale. La valutazione dell'elaborato e' sempre motivata
allo studente con il commento puntuale degli errori commessi.

 

Attività di supporto

  • Italiano
  • English

Il docente e' disponibile a discutere, spiegare e commentare gli argomenti
trattati a lezione in qualunque momento.

 

Testi consigliati e bibliografia

  • Italiano
  • English

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile come file pdf.

P. Ugliengo, Strutturistica Chimica, appunti delle lezioni.

G. Rigault, Introduzione alla Cristallografia, Levrotto e Bella, Torino, 1978.

G. Rigault e G. Graziosi, Complementi ed Esercizi di Cristallografia, Levrotto e Bella, Torino, 1972.

C. Ciacovazzo e altri autori, Fundamentals of Crystallography, Oxford University Press, Oxford, 1992.

Infine sono di seguito indicati alcuni siti internet di interesse:

http://lcr.epfl.ch/page-6443.html
http://escher.epfl.ch/escher/
http://www.moldraw.unito.it
http://www.jmol.org
https://sites.google.com/site/cristallografia/

 
Registrazione
  • Aperta
    N° massimo di studenti
    30 (Raggiunto questo numero di studenti registrati non sarà più possibile registrarsi a questo corso!)
     
    Ultimo aggiornamento: 16/05/2016 10:41
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