1
Denominazione dell’Esame
TERMODINAMICA E MODELLISTICA
MOLECOLARE
2
4
Numero totale di crediti dell’esame
Tipologia esame
4
Corso monodisciplinare
7
8
9
10
11
12
13
Settore scientifico di riferimento
Tipologia attività formativa
Anno di corso
Periodo didattico
Numero totale di crediti dell’unità didattica
Carico di lavoro globale (espresso in ore)
Carico di ore da attribuire a:
CHIMICA FISICA
14
14
Nome del docente
Obiettivi formativi
15
16
Prerequisiti
Contenuto del corso
B = attività caratterizzante
Non disponibile
Secondo Ciclo Semestrale
4
39 h
24 h teorico
15 h laboratorio
G. Gilli
Nozioni fondamentali di (1)
termodinamica statistica classica
(distribuzione canonica, funzione di
partizione canonica e molecolare,
calcolo di osservabili termodinamiche);
(2) termodinamica statistica nello spazio
di configurazione (meccanica e dinamica
molecolare, metodi Monte Carlo ed
esempi di applicazione alla
modellizzazione di sistemi molecolari
semplici e complessi).
Termodinamica classica.
Termodinamica Statistica Classica.
Ipotesi ergodica e limite termodinamico.
Insiemi microcanonico, canonico,
macrocanonico e isotermo-isobaro.
Sistemi, insiemi, configurazioni e pesi
statistici. Il metodo del serbatoio. Il
metodo della distribuzione più probabile.
Legge di distribuzione canonica.
Funzione di partizione canonica e
funzione di partizione molecolare.
Approssimazione di Born-Oppenheimer.
Calcolo della funzione di partizione
molecolare: funzioni di partizione
traslazionale, rotazionale, vibrazionale
ed elettronica. Calcolo delle grandezze
termodinamiche dalla funzione di
partizione canonica. Termodinamica
statistica dei gas reali: integrale di
configurazione. Applicazioni:
equipartizione dell'energia, capacità
termiche, entropia residua nei cristalli e
costanti di equilibrio. Funzione di
partizione molecolare a diverse
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Testi di riferimento:
18
19
Modalità didattica
Modalità esame
temperature da calcoli quantomeccanici
vibrazionali. Termodinamica Statistica
nello Spazio di Configurazione. Gradi di
libertà, spazio di configurazione,
traiettorie, scatola computazionale,
condizioni di periodicità al contorno.
Campi di forza intramolecolari ed
intermolecolari. Il metodo Monte Carlo
(MC). Meccanica e dinamica molecolare
(MM e DM). Simulated annealing (SA).
Restrained simulated annealing (R-SA).
Applicazioni di base su liquidi, cristalli
liquidi, mesofasi, stati critici. Modello di
Ising mono- e bidimensionale. Analisi
conformazionale. Applicazioni speciali:
Fitting e docking molecolare e
predizione delle strutture cristalline con
tecniche SA. Applicazione di tecniche RSA all'affinamento della struttura di
macromolecole proteiche da dati di raggi
X nei cristalli o da dati NMR in
soluzione. Esempi di studio di
meccanismi di reazione enzimatici con
tecniche QM-MM.
(a) R.L. Rowley - "Statistical Mechanics
for Thermophysical Property
Calculations" - PTR Prentice Hall,
Englewood Cliffs, NJ, 1994.
(b) P.W. Atkins - "Chimica Fisica",
Zanichelli, BO (qualsiasi edizione).
(c) P.W. Atkins - "Physical Chemistry",
Oxford, UK (any edition).
(d) W.J. Moore - "Physical Chemistry",
Longman, London, 1972.
(e) Dispense del corso
convenzionale
orale
Nella scheda che verrà messa a disposizione dei docenti il punto 2, 3, 4 e 5 per i corsi
monodisciplinari non
1
Title of course
MOLECULAR
THERMODYNAMICS AND
MOLECULAR MODELING
2
4
Total examination credits
Tipology of examination
4
monodisciplinary course
7
Scientific field of reference
CHIM/02
8
9
10
11
12
13
Tipology of reference educational activity
Year of degree course
Semester
Credits total amount
Global workload (in hours)
Time distribution
B = characterizing activity
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15
Teacher’s name
Educational Goals
16
17
Prerequisites
Course syllabus
G. Gilli
Fundamentals of (1) classical statistical
thermodynamics (canonical distribution,
canonical and molecular partition
function, evaluation of thermodynamic
quantities); (2) statistical
thermodynamics in the configuration
space (molecular mechanics and
dynamics, Monte Carlo methods and
applications to the modeling of simple
and complex molecular systems).
Classical thermodynamics.
Classical Statistical Thermodynamics.
Ergodic hypothesis and thermodynamic
limit. Microcanonical, canonical, grandcanonical and isothermal-isobaric
ensembles. Systems, ensembles,
configurations and statistical weights.
Canonical distribution by the methods of
the heath-bath and of the dominating
configuration. Canonical and molecular
partition functions. Born-Oppenheimer
approximation. Computing the
molecular partition function:
translational, rotational, vibrational and
electronic partition functions. Evaluation
of thermodynamic quantities from the
canonical partition function. Statistical
thermodynamics of real gases:
configuration integral. Applications:
equipartition theorem, heat capacities,
residual crystal entropy, equilibrium
constants. Computing the molecular
2
4
39 h
lectures 24h
practice 15h
18
Reference books
19
20
Theaching activities
Exams
partition function from vibrational
quantum-mechanical calculations.
Statistical Thermodynamics in the
Configuration Space. Degrees of
freedom, configuration space,
trajectories, computational box, periodic
boundary conditions. Intramolecular and
intermolecular force fields. The Monte
Carlo method (MC). Molecular
mechanics and dynamics (MM e MD).
Simulated annealing (SA). Restrained
simulated annealing (R-SA). Basic
applications to liquids, liquid crystals,
mesophases and critical states. Monoand two-dimensional Ising model.
Conformational analysis. Special
applications: molecular fitting and
docking. Prediction of crystal structures
by SA methods. Application of R-SA
methods to the structure of proteic
macromolecules from X-ray crystal data
and NMR data in solution. Enzymatic
reaction mechanisms as studied by QMMM methods.
(a) R.L. Rowley - "Statistical Mechanics
for Thermophysical Property
Calculations" - PTR Prentice Hall,
Englewood Cliffs, NJ, 1994.
(b) P.W. Atkins - "Chimica Fisica",
Zanichelli, BO (qualsiasi edizione).
(c) P.W. Atkins - "Physical Chemistry",
Oxford, UK (any edition).
(d) W.J. Moore - "Physical Chemistry",
Longman, London, 1972. Lectures'
notes.
conventional
oral
