fişa disciplinei

1. Date despre program
1.1 Instituţia de învăţământ superior	Universitatea Babeş-Bolyai Cluj-Napoca	
1.2 Facultatea	Facultatea de Matematică şi Informatică	
1.3 Departamentul	Departamentul de Informatică	
1.4 Domeniul de studii	Informatică	
1.5 Ciclul de studii	Master	
1.6 Programul de studiu	High Performance Computing  and Big Data Analytics/
Calcul de Inalta Performanta si analiza volumelor mari de date	

2. Date despre disciplină
2.1 Denumirea disciplinei	Calculul Proprietăţilor Moleculare / Molecular Properties Calculations	
2.2 Titularul activităţilor de curs	Prof. dr. Vasile Chiș	
2.3 Titularul activităţilor de seminar	Prof.dr. Vasile Chiş	
2.4 Titularul activităţilor de laborator	Prof.dr. Vasile Chiş	
2.5 Anul de studiu	II	2.6 Semestrul	IV	2.7  Tipul de evaluare	Ex	2.8 Regimul disciplinei	Opt.	

3. Timpul total estimat (ore pe semestru al activităţilor didactice)
3.1 Număr de ore pe săptămână	3	Din care:	
3.2 curs	2	3.3 seminar	0	3.4 laborator	1	
3.5 Total ore din planul de învăţământ	42	Din care:	
3.6 curs	28	3.7 seminar	0	3.8 laborator	14	
Distribuţia fondului de timp:	ore	
Studiul după manual, suport de curs, bibliografie şi notiţe	28	
Documentare suplimentară în bibliotecă, pe platformele electronice de specialitate şi pe teren	14	
Pregătire seminarii/laboratoare, teme, referate, portofolii şi eseuri	28	
Tutoriat	14	
Examinări 	4	
Alte activităţi: 	– 	
3.9 Total ore studiu individual	72	
3.10 Total ore pe semestru	132	
3.11 Numărul de credite	5	

4. Precondiţii (acolo unde este cazul)
4.1 de curriculum	Fizica moleculei, Calcul diferențial și integral	
4.2 de competenţe	Utilizarea calculatorului, prelucrarea şi analiza informaţiei	

5. Condiţii (acolo unde este cazul)
5.1 de desfășurare a cursului	Sală adecvată, tablă, videoproiector, computer	
5.2 de desfășurare a seminarului	-	
5.3 de desfășurare a laboratorului	Sală adecvată, tablă, videoproiector, reţea de calculatoare, acces internet	

6. Competenţele specifice acumulate
Competenţe profesionale	- Aplicarea cunoştinţelor dobândite pentru definirea şi formularea problemelor de cercetare în domeniul chimiei computaţionale
- Efectuarea de calcule (experimente in silico) pe sisteme moleculare simple şi complexe şi evaluarea rezultatelor acestora pe baza modelelor teoretice existente.
- Utilizarea infrastructurii de calcul pentru efectuarea de simulări şi modelări moleculare şi pentru extragerea informaţiei din baze de date specifice
- Corelarea rezultatelor experimentale şi teoretice 
- Comunicarea ideilor științifice complexe, a concluziilor experimentelor sau a rezultatelor unui proiect științific.
- Utilizarea echipamentelor şi programelor de calcul de proprietăţi moleculare în domenii 
restrânse sau interdisciplinare.
- Dezvoltarea si folosirea de aplicatii informatice pentru rezolvarea diferitelor probleme de fizica
- Abordarea interdisciplinara a unor teme din domeniul fizicii 
- Capacitate avansată de planificare şi organizare.	
Competenţe transversale	- Analiza critică şi evaluarea modelelor ştiinţifice
- Participarea la un proiect de cercetare, planificarea şi conducerea proiectelor de cercetare
- Aplicarea valorilor și eticii profesiei de cercetător și executarea responsabilă a sarcinilor profesionale în condiții de autonomie și luare de decizii bazate pe evaluare și autoevaluare.
- Aplicarea strategiilor de muncă eficientă în echipă multidisciplinară pe diverse paliere ierarhice.
- Utilizarea eficientă a surselor informaționale și a resurselor de comunicare și formare profesională 
asistată, atât în limba română, cât și într-o limbă de circulație internațională.
- Autoevaluarea obiectivă a nevoii de formare profesională, continuă, în scopul inserției pe piața muncii și al adaptării la dinamica cerințelor acesteia și pentru dezvoltarea personală și profesională și 
utilizarea eficientă a abilităților multilingvistice și a cunoștințelor de tehnologia informației și a 
comunicării.
- Realizarea sarcinilor profesionale în mod eficient și responsabil cu respectarea legislației deontologiei specifice domeniului sub asistență calificată.
- Identificarea rolurilor și responsabilităților într-o echipă și aplicarea de tehnici de relaționare și muncă eficientă în cadrul echipei.
- Documentarea în limba româna și cel puțin într-o limbă străină, pentru dezvoltarea profesională și personală, prin formare continuă și adaptarea eficientă la noile descoperiri știintifice.
- Identificarea oportunităților de formare continuă și valorificarea eficientă a resurselor și tehnicilor de învățare pentru propria dezvoltare.	

7. Obiectivele disciplinei (reieşind din grila competenţelor acumulate)
7.1 Obiectivul general al disciplinei	•	Insuşirea fundamentelor teoretice şi computaţionale şi formarea deprinderilor practice pentru modelarea sistemelor moleculare cu ajutorul computerelor	
7.2 Obiectivele specifice	•	Însuşirea principiilor, metodelor şi tehnicilor computaţionale pentru calculul diferitelor proprietăţi moleculare
•	Utilizarea eficientă a resurselor computaţionale pentru modelări moleculare
•	Formarea abilităţilor de calcul şi analiză a proprietăţilor moleculare şi utilizarea acestora în caracterizarea proprietăţilor materialelor 
•	Transfer de cunoştinţe şi înțelegerea fenomenelor complexe din fizica cuantică, fizica moleculei, informatică, chimie şi biologie
•	Dezvoltarea direcţiilor de interdisciplinaritate: fizică, informatică, chimie, biologie, medicină, mediu	

8. Conţinuturi
8.1 Curs	Metode de predare	Observaţii	
Curs 1
Introducere
Clasificarea metodelor; metode empirice şi semiempirice; metode cuantice; tipuri de calcul; matricea Z
	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 2
Teoria Hartree-Fock-Roothan
Sistemul de unităţi atomice
Hamiltonianul molecular
Aproximaţia Born-Oppenheimer 
Ecuaţiile Hartree, 	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 3
Ecuaţiile Hartree-Fock şi Hartree-Fock-Roothaan	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 4
Seturi de bază
Orbitaliu STO şi GTO; Funcţii de bază şi seturi de bază
Ana liza de populaţie Mulliken 	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 5
Metode pentru descrierea corelării electronice correlation 
Metode post Hartree-Fock methods 
Metoda MP2 
Metoda interacţiunii de configuraţie
	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 6
Principiile metodelor DFT 
Teoremele Hohenberg-Kohn; Formalismul Kohn-Sham; 	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 7
Funcţionale de schimb corelare
Aproximaţia densităţii locale; Aproximaţia GGA	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 8
Stări moleculare excitate
Teoria funcţionalei de densitate dependentă de timp
Calcule TD-DFT ale energiilor de excitare electronică	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 9
Efecte de solvent şi metode de solvatare
Metode continue de solvatare
Metode de solvatare cu solvent explicit	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 10
Parametri termochimici
Entalpia şi entalpia de reacţie
Entropia şi entropia de reacţie
Energia liberă Gibbs	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 11
Calculul spectrelor moleculare 1
Calculul şi atribuirea spectrelor vibrationaleşi de absorbţie electronică	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 12
Calculul spectrelor moleculare 2
Calculul şi atribuirea spectrelor RMN şi RES	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 13
Interacţiuni intermoleculare
Calculul energiilor de interacţiune intermoleculară; Eroarea suprapunerii seturilor de bază	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
Curs 14
Interacţiuni intermoleculare slabe
Metoda lui Grimme (DFT-D)
Metoda potenţialelor de corecţie dispersivă	prelegerea combinată, se vor utiliza: tablă, calculator, soft dedicat şi mijloace vizuale	2 ore	
			
Bibliografie
1. A.Szabo, N.S.Ostlund, Modern Quantum Chemistry; Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, McGraw-Hill Publishing Company, New York, 1989
2. Wolfram Koch, Max C. Holthausen, A Chemist’s Guide to Density Functional Theory, Wiley, 2001
3. D. C. Young, Computational Chemistry, John Wiley and Sons, 2001
4. W. Kohn, A. D. Becke, and R. G. Parr, Density Functional Theory of Electronic Structure, J. Phys. Chem.100, 12974-12980 (1996)
5. M. L. Senent, S. Wolson, Intramolecular Basis Set Superposition Errors, International Journal of Quantum Chemistry, Vol. 82, 282–292 (2001)
6. Christopher J. Cramer and Donald G. Truhlar, Implicit Solvation Models: Equilibria, Structure, Spectra and Dynamics, Chem. Rev.  99, 2161-2200(1999)
7. Jay William Ponder,  TINKER - Software Tools for Molecular Design, 2003
8. Martin Schutz, Steve Brdarski, Per-Olof Widmark, Roland Lindh, and Gunnar Karlstrom, The water dimer interaction energy: Convergence to the basis set limit at the correlated level, J. 	Chem. Phys. 107  4597-4605 (1997)
9. P. Echenique and J.L. Alonso, A mathematical and computational review of Hartree-Fock SCF methods in quantum chemistry (http://arxiv.org/abs/0705.0337)
10. D. Sherrill, Quantum Chemistry-Computational Chemistry (http://vergil.chemistry.gatech.edu/notes/)	
8.2 Seminar	Metode de predare	Observaţii	

8.3 Laborator	Metode de predare	Observaţii	
1. Specificarea geometriei moleculelor; Coordonate carteziene; Formalismul matricii Z; Optimizarea geometriilor moleculare – optimizare parţială şi totală	Discutie individuală	2 ore	
2. Conformeri şi tautomeri; Bariera de rotaţie în la molecula de etan şi bariera de inversie la molecula de amoniac	Discutie individuală	2 ore	
3. Potenţialul de ionizare şi afinitatea electronica pentru o serie de molecule isolelctronice; Afinitatea protonică	Discutie individuală	2 ore	
4. Moduri normale de vibraţie; Calculul spectrelor IR şi Raman	Discutie individuală	2 ore	
5. Calculul spectrelor de rezonanţă (RMN şi RES); Efecte de solvent; solvatare cu modele continue şi discrete	Discutie individuală	2 ore	
6. Calculul energiilor de legătură pentru diferiţi clusteri moleculari legaţi H-bond în baze DNA; Corecţia BSSE; Extrapolarea CBS	Discutie individuală	2 ore	
7. Calculul TD-DFT al spectrelor de absorbţie electronică; Optimizarea geometriilor în stare excitată; Calculul timpilour de viată ai stărilor excitate	Discutie individuală	2 ore	
Bibliografie	
1. R.G.Parr, W.Yang, Density Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford University Press, New York, 1989
2. J.A.Pople, D.L.Beveridge, Aproximate Molecular Orbitals Theory, McGraw-Hill, New York, 1970
3. W.J.Hehre, L.Radom, P.v.R.Schleyer, J.A.Pople, Ab Initio Molecular Orbital Theory, John Willey & Sons, New York, 1986
4. F.Jensen, Introduction to Computational Chemistry, John Wiley and Sons, New York, 2001
5. T. Heine, J.O. Joswig, A. Gelessus, Computational Chemistry Workbook-Learning Through Examples, Wiley-VCH, 2009
6. J. B. Foresman, A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, Gaussian Inc., 1996
7. C.J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry, John-Wiley and Sons, 2002
8. V. Chiş, O. Cozar, L. David, Simetrie Moleculară, Ed. Napoca Star, Cluj-Napoca, 2007

9. Coroborarea conţinuturilor disciplinei cu aşteptările reprezentanţilor comunităţii epistemice, asociaţiilor profesionale şi angajatori reprezentativi din domeniul aferent programului

Conținutul disciplinei este în concordanță cu ceea ce se studiază în alte centre universitare din țară (Timișoara, Iași, București) și străinătate (MIT, National Computational Science Institute, Scuola Normale Superiore di Pisa, University Calgary, University of Zurich). Pentru adaptarea la cerințele impuse de piața de muncă, conținutul disciplinei a fost armonizat cu cerințele impuse de specificul învățământului preuniversitar, al institutelor de cercetare și al mediului de afaceri.	

10. Evaluare
Tip activitate	10.1 Criterii de evaluare	10.2 metode de evaluare	10.3 Pondere din nota finală	
10.4 Curs	Cunoștințe dobândite	Examen scris	50	
				
10.5 Seminar	Activitate	Tematici rezolvate	0	
				
10.6 Laborator	Activitate	Experimente realizate	50	

10.7 Standard minim de performanţă	
Optimizarea geometriei, calculul şi atribuirea spectrului de vibraţie, de absorbţie şi RMN al unei molecule de dimensiune medie	

Semnătură titular curs		Semnătură titular seminar		Semnătură titular laborator	
Prof.dr. Vasile Chiş				Prof.dr. Vasile Chiş	

Data completării		Data avizării în departament		Semnătură director de departament