Insegnamento SPETTROSCOPIA MOLECOLARE

Nome del corso Scienze chimiche
Codice insegnamento GP004049
Curriculum Theoretical chemistry and computational modelling
Docente responsabile Paola Sassi
Docenti
  • Paola Sassi - Didattica Ufficiale
Ore
  • 56 ore - Didattica Ufficiale - Paola Sassi
CFU 8
Regolamento Coorte 2020
Erogato Erogato nel 2020/21
Erogato altro regolamento
Attività Caratterizzante
Ambito Discipline chimiche inorganiche e chimico-fisiche
Settore CHIM/02
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento italiano
Contenuti La Spettroscopia può essere intesa come lo studio della meccanica quantistica applicata. Per questo il corso si propone di fornire gli strumenti di interpretazione dei risultati di misure condotte su sistemi molecolari con tecniche stazionarie di spettroscopia lineare.
Testi di riferimento J. M. HOLLAS, High resolution Spectroscopy, Second Edition, John Wiley & Sons, 1998.
J.L. McHALE, Molecular Spectroscopy, First edition, Prentice Hall, 1999.
Obiettivi formativi L'esame orale viene condotto per verificare (a) l'acquisizione dei concetti di base e specialistici della meccanica quantistica di sistemi dipendenti dal tempo (b) la comprensione formale e applicata di tecniche spettroscopiche di interesse chimico; (c) la capacità dello studente di esporre concetti anche complessi in modo chiaro, usando adeguatamente il linguaggio tecnico-scientifico, (d) la capacità di progettare esperimenti spettroscopici per acquisire informazioni specifiche su campioni macroscopici di varia natura, (e) la capacità di utilizzare le conoscenze acquisite per risolvere in modo propositivo problemi nuovi come richiesto per un proficuo inserimento nel mondo del lavoro o per affrontare in modo autonomo e competente lo studio richiesto per il terzo ciclo di istruzione superiore.
Il superamento dei punti (a) e (b) definisce il requisito minimo per il superamento dell’esame (soglia). Cinque punti sono assegnati al punto (c), quattro punti al punto (d) e tre al punto (e). La lode richiede la completa padronanza degli argomenti esposti e nessun intervento di correzione da parte del docente.
Lo studente che non superi un esame può presentarsi dopo un intervallo di almeno due settimane e comunque non più di due volte per sessione. Nella rara eventualità in cui lo studente sia riprovato per più di quattro volte, l’esame potrà essere sostenuto una sola volta per sessione.
Prerequisiti E' necessario che lo studente abbia già acquisito conoscenze di analisi matematica, elettromagnetismo e meccanica quantistica.
Metodi didattici Il corso prevede lo svolgimento in aula di lezioni frontali su tutti gli argomenti del corso. All’inizio di ogni lezione verranno brevemente riassunti i concetti necessari a sviluppare il nuovo argomento. Ciascuno dei concetti di base sarà riferito all’interpretazione di spettri di letteratura, o applicato alla risoluzione di esercizi dimostrativi. Le ultime sei/otto ore di lezione saranno dedicate ad un riassunto dei concetti illustrati per evidenziare i collegamenti e stimolare il confronto tra le caratteristiche delle diverse tecniche presentate.
Altre informazioni la frequenza è consigliata
Modalità di verifica dell'apprendimento La verifica dell'apprendimento prevede un'unica prova orale della durata di trenta-quarantacinque minuti. All'inizio della prova il candidato presenterà un argomento a piacere per la durata di dieci minuti circa e poi sosterrà un colloquio a stimolo aperto con risposta aperta.

Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso 1. Introduzione alla spettroscopia molecolare.
Descrizione delle proprietà elettriche della materia. Equazione di Schröedinger e approssimazione di Born-Oppenheimer. I gradi di libertà molecolari. Descrizione classica della radiazione elettromagnetica. Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Coefficienti di Einstein. Ampiezza naturale di banda. La legge di Lambert-Beer.
2. Requisiti generali della strumentazione
Le sorgenti e i detectors. I monocromatori. Gli interferometri Fabry-Perot e Michelson
3. La spettroscopia rotazionale di molecole biatomiche
Il rotatore rigido: trattazione classica e quantomeccanica (cenni). Livelli energetici, popolazione dei livelli, regole di selezione e spettri rotazionali. Effetto Stark. Il rotatore non rigido.
4. La spettroscopia Raman rotazionale
Diffusione Rayleigh e diffusione Raman. Interpretazione dell'effetto Raman. Ellissoide di polarizzabilità. Regole di selezione nell'effetto Raman. Spettri Raman rotazionali di molecole biatomiche. Cenni sulla strumentazione. Livelli rotazionali e statistica nucleare.
5. La spettroscopia rotazionale di molecole poliatomiche
Momenti principali di inerzia, ellissoide dei momenti e classificazione delle molecole in base ai loro momenti d'inerzia. Molecole lineari: regole di selezione e spettri rotazionali, determinazione di distanze di legame, effetto Stark. Spettri rotazionali di rotori prolati e oblati. Spettri Raman rotazionali di molecole top-simmetriche. Spettri di molecole asimmetriche.
6. La spettroscopia vibrazionale di molecole biatomiche
L'oscillatore armonico: trattazione classica e quantomeccanica (cenni). Livelli energetici, regole di selezione e spettri vibrazionali. Funzioni di energia potenziale per un legame chimico. L'oscillatore non armonico. Energie di dissociazione. La spettroscopia Raman vibrazionale: teoria classica e quantistica. Geometrie di scattering e proprietà di polarizzazione.
7. La spettroscopia vibrazionale di molecole poliatomiche
Gradi di libertà vibrazionali. La natura delle vibrazioni normali e delle coordinate normali. Trattazione quantomeccanica delle vibrazioni molecolari (cenni). Frequenze di gruppo. Cenni di teoria dei gruppi. Le proprietà di simmetria delle coordinate normali. Regole di selezione: l?attività infrarossa e Raman. Calcolo delle frequenze vibrazionali e delle coordinate normali di H2O.
8. Gli spettri vibrorotazionali
Regole di selezione e transizioni per il modello Rotatore rigido-oscillatore armonico. Accoppiamento di rotazioni e vibrazioni. Bande parallele e perpendicolari di molecole lineari e symmetric top.
9. Gli spettri elettronici di molecole biatomiche
Classificazione degli stati elettronici di una molecola. Regole di selezione. Analisi vibrazionale di un sistema di bande. Sequenze e progressioni. Tavola di Deslandres e sua utilizzazione per derivare costanti molecolari. Struttura rotazionale delle bande in uno spettro elettronico (parabole di Fortrat). Valutazione delle energie di dissociazione.
10. La spettroscopia Raman risonante
Teoria di Kramers-Heisemberg-Dirac dell?effetto Raman. Intensificazione per risonanza. Fattori di disturbo allo scattering risonante. Risonanza Franck-Condon e fenomeni di accoppiamento vibronico. Profili di eccitazione RR.