• PCM
• polarizable continuum model
• modello continuo polarizzabile
• domain decomposition
• computational chemistry

Per introdurre l'effetto dell'ambiente nella descrizione computazionale di proprietà e processi molecolari, si può sfruttare un'approssimazione in cui l'ambiente è descritto come un dielettrico polarizzabile mentre il sistema molecolare di interesse è descritto a livello quantomeccanico.
I risultanti modelli continui polarizzabili (PCM) richiedono la risoluzione di un problema elettrostatico che viene effettuata con tecniche numeriche. A questo scopo esistono diverse strategie, di cui le più rilevanti per la chimica computazionale sono: il metodo degli elementi superficiali (BEM) e la più recente tecnica domain decomposition (dd).
Il presente lavoro di tesi ha gettato le basi per l'applicazione delle tecniche dd ad ambienti compositi. Il lavoro si è articolato in tre fasi:
1) è stata ultimata l'implementazione del metodo dd già esistente (in grado di descrivere il solo solvente).
2) è stata sviluppata una nuova teoria per la descrizione di sistemi compositi nel framework della domain decomposition.
3) sono stati implementati gli algoritmi relativi al nuovo metodo per combinarlo ad una descrizione quantomeccanica.
La prima parte della tesi (capitoli 2 e 3) introduce la teoria dei modelli continui con una dettagliata discussione del problema elettrostatico e delle equazioni integrali ad esso associate. Il capitolo 4 mostra la teoria e le equazioni di lavoro dei metodi che usano la domain decomposition, e in particolare definisce il nuovo metodo per la descrizione dei sistemi compositi. Nel capitolo successivo viene affrontato l'accoppiamento di questi modelli con una descrizione quantistica. Il capitolo 6 descrive l'implementazione all'interno di un codice di calcolo (Gaussian) del metodo sviluppato per solventi semplici e mostra alcuni applicazioni. Infine, il capitolo 7 è interamente dedicato ai sistemi contenenti nanoparticelle metalliche: vengono descritti i principali effetti dovuti al metallo, viene presentata l'implementazione del nuovo metodo e vengono presentate alcune applicazioni.

In the computational study of molecular properties and processes, the effect of the environment can be introduced by the means of an approximation which treats the environment as a dielectric polarizable medium while describing the system of interest with a quantum mechanical method.
The resulting continuum polarizable models (PCM) require the resolution of an electrostatic problem that is performed with numerical techniques. To this end, there are several strategies, of which the most relevant for computational chemistry are: the surface element method (BEM) and the more recent domain decomposition (dd) technique.
The present thesis work has laid the ground for the application of dd techniques to composite environments. The work was divided into three phases:
1) implementation of the already existing dd method (able to describe solvent).
2) developing of a new theory for the description of composite systems in the domain decomposition framework.
3) implementation of the algorithms related to the new method, combining it with a quantum mechanical description.
The first part of the thesis (chapters 2 and 3) introduces the PCM theory with a detailed discussion of the electrostatic problem and the related integral equations. Chapter 4 shows the theory and work equations of the domain decomposition methods, and in particular defines the new method for describing composite systems. The following chapter describes the coupling of the method with the quantum description of the solute. Chapter 6 describes the implementation of the dd method for simple solvents and shows some results. Finally, chapter 7 is entirely dedicated to systems containing metal nanoparticles: it describes the main effects due to the metal, the implementation of the new method and shows some results obtained on systems of this type.