Spettroscopia molecolare
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento mira a presentare, analizzare e discutere teorie e modelli alla base delle principali tecniche di spettroscopia molecolare, con specifico riferimento a:
- spettroscopia vibrazionale e vibro-rotazionale (IR, Raman);
- spettroscopia elettronica e vibro-elettronica (UV/visibile e processi di interesse fotochimico);
- proprietà di risposta a campi elettrici e magnetici (polarizzabilità e parametri della risonanza magnetica nucleare).
- spettroscopia vibrazionale e vibro-rotazionale (IR, Raman);
- spettroscopia elettronica e vibro-elettronica (UV/visibile e processi di interesse fotochimico);
- proprietà di risposta a campi elettrici e magnetici (polarizzabilità e parametri della risonanza magnetica nucleare).
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente:
- avrà appreso le basi teoriche delle principali tecniche di spettroscopia;
- sarà in grado di analizzare dal punto di vista microscopico i fenomeni fisici alla base delle misure di spettroscopia;
- avrà approfondito le proprie conoscenze nell'ambito della meccanica quantistica.
- avrà appreso le basi teoriche delle principali tecniche di spettroscopia;
- sarà in grado di analizzare dal punto di vista microscopico i fenomeni fisici alla base delle misure di spettroscopia;
- avrà approfondito le proprie conoscenze nell'ambito della meccanica quantistica.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
La simmetria delle molecole. Teoria dei gruppi puntuali: calcolo della simmetria; caratteri e classi di simmetria; rappresentazioni irriducibili. Le rappresentazioni ridotte e le basi adattate per simmetria. Relazione tra simmetria molecolare e degenerazione dei livelli energetici. La simmetria come strumento per individuare integrali di misura nulla. L'approssimazione di Born-Oppenheimer e la teoria degli orbitali molecolari: combinazioni lineari di orbitali atomici e combinazioni lineari di simmetria.
Le transizioni spettroscopiche roto-vibrazionali (IR/Raman): assorbimento, emissione e processi Raman. Proprietà di simmetria delle molecole. Regole di selezione rotazionali pure e Raman. Oscillatori anarmonici e regole di selezione vibrazionali. Le vibrazioni delle molecole poliatomiche: i modi normali; la teoria dei gruppi e le vibrazioni molecolari; le conseguenze dell'anarmonicità.
Le transizioni spettroscopiche vibro-elettroniche (UV/visibile): gli stati delle molecole biatomiche e le regole di selezione. Le transizioni vibroniche e il principio di Franck-Condon. Spettri elettronici di molecole poliatomiche: l'importanza della simmetria; transizioni vibronicamente permesse e transizioni singoletto-tripletto. Il destino degli stati eccitati: decadimento non radiativo; decadimento radiativo (fluorescenza e fosforescenza).
Risposta delle molecole ai campi elettrici: polarizzabilità elettrica; regola della somma di Kuhn-Thomas; spiegazione della dipendenza 1/R6 delle forze di London. I parametri della risonanza magnetica nucleare: costanti di schermo e contributo diamagnetico e paramagnetico. L'accoppiamento di spin e le interazioni iperfini.
Le transizioni spettroscopiche roto-vibrazionali (IR/Raman): assorbimento, emissione e processi Raman. Proprietà di simmetria delle molecole. Regole di selezione rotazionali pure e Raman. Oscillatori anarmonici e regole di selezione vibrazionali. Le vibrazioni delle molecole poliatomiche: i modi normali; la teoria dei gruppi e le vibrazioni molecolari; le conseguenze dell'anarmonicità.
Le transizioni spettroscopiche vibro-elettroniche (UV/visibile): gli stati delle molecole biatomiche e le regole di selezione. Le transizioni vibroniche e il principio di Franck-Condon. Spettri elettronici di molecole poliatomiche: l'importanza della simmetria; transizioni vibronicamente permesse e transizioni singoletto-tripletto. Il destino degli stati eccitati: decadimento non radiativo; decadimento radiativo (fluorescenza e fosforescenza).
Risposta delle molecole ai campi elettrici: polarizzabilità elettrica; regola della somma di Kuhn-Thomas; spiegazione della dipendenza 1/R6 delle forze di London. I parametri della risonanza magnetica nucleare: costanti di schermo e contributo diamagnetico e paramagnetico. L'accoppiamento di spin e le interazioni iperfini.
Prerequisiti
È consigliato aver seguito l'insegnamento "Chimica fisica della materia e fondamenti di spettroscopia" o altro insegnamento simile che fornisca una prima introduzione di base ai concetti della meccanica quantistica.
Metodi didattici
Il corso si articola in una serie di lezioni frontali con supporto di slide e lavagna. Il corso è erogato in italiano e la frequenza è fortemente consigliata. Il materiale in formato elettronico utilizzato durante il corso sarà messo a disposizione degli studenti sul sito MyAriel del corso.
Materiale di riferimento
P. Atkins and R. Friedman, Molecular Quantum Mechanic, fifth edition.
P. Atkins and J. De Paula, Physical Chemistry, ninth edition.
Slide ed eventuale altro materiale fornito dal docente.
P. Atkins and J. De Paula, Physical Chemistry, ninth edition.
Slide ed eventuale altro materiale fornito dal docente.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in un colloquio orale, indicativamente di 30-45 minuti. Lo scopo dell'orale è di verificare che lo studente abbia compreso il significato fisico e le condizioni di applicabilità delle leggi e principi discussi nel corso delle lezioni. A questo scopo, potrà essere richiesto di risolvere semplici esercizi guidati.
Docente/i
Ricevimento:
Massima disponibilità previo appuntamento email
Dipartimento di Chimica, Corpo B, R10 S
Ricevimento:
Appuntamento via email. Scrivere a [email protected]
Dipartimento di Chimica, primo piano, corpo A, stanza 131O