Transcript Abstract

La chimica teorica in aiuto dell'analisi sperimentale:
un esempio a proposito dei modelli di solidi nanoporosi.
Maurizio Cossi
Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica, Università del Piemonte Orientale
via T. Michel, 11 – Alessandria
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La chimica fisica offre numerosi strumenti per la caratterizzazione dei materiali (cioè per la descrizione della
struttura e delle proprietà meccaniche, elettroniche, ottiche...). Accanto alle tecniche tradizionali, come la
spettroscopia nei diversi intervalli di frequenza, le risonanze magnetiche, le analisi termiche, ecc. si sta
affermando recentemente l'uso di modelli teorici e computazionali, che in alcuni casi hanno raggiunto una
precisione e una capacità predittiva paragonabili alle tecniche sperimentali citate.
I chimici teorici sono quindi nella posizione di fornire ai loro colleghi che si occupano di sintesi e di misure un
aiuto concreto e tempestivo nel lavoro di laboratorio.
In questo seminario ci occuperemo della caratterizzazione strutturale di alcuni materiali nanoporosi: questi
materiali sono molto studiati per applicazioni di grande interesse applicativo (per esempio, stoccaggio di gas a
bassa e media pressione, realizzazione di membrane selettive...). Le loro proprietà dipendono criticamente dalla
struttura porosa (dimensione e forma dei nanopori, volume poroso, superficie effettiva...).
Descriveremo alcune tecniche teoriche che possono fornire informazioni precise e altrimenti non accessibili sulla
struttura porosa di questi materiali: le tecniche sono basate su simulazioni classiche (Dinamica Molecolare,
Monte Carlo) che richiedono opportuni “campi di forza”, che forniscano l'energia del solido in funzione della
struttura geometrica dei legami chimici, e anche l'energia di interazione tra il solido e i gas che vengono adsorbiti
al suo interno. Come vedremo, lo sviluppo di questi campi di forza richiede una attenta parametrizzazione
rispetto a dati sperimentali e a calcoli teorici quantistici di alto livello.
Dopo aver ottenuto i campi di forza adatti, le simulazioni permettono di predire le proprietà dei materiali (per
esempio, indicando quali modifiche chimiche possono aumentare le prestazioni) oppure consentono di dedurre la
struttura di solidi disordinati, che è molto difficile descrivere sperimentalmente.