Metodi chimico-fisici di indagine applicati a sistemi molecolari e nanostrutturati

A.A. 2023/2024
6
Crediti massimi
48
Ore totali
SSD
CHIM/02
Lingua
Italiano
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 i) spettroscopia vibrazionale e vibro-rotazionale (IR, Raman), ii) spettroscopia elettronica e vibro-elettronica (UV/visibile e processi di interesse fotochimico) e iii) proprietà di risposta a campi elettrici e magnetici (polarizzabilità e parametri della risonanza magnetica nucleare).
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente:
i) avrà appreso le basi teoriche delle principali tecniche di spettroscopia;
ii) sarà in grado di analizzare dal punto di vista microscopico i fenomeni fisici alla base delle misure di
spettroscopia e
iii) avrà approfondito le proprie conoscenze nell'ambito della meccanica quantistica.
Corso singolo

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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 diselezione 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). Cenni ad aspetti teorici di reazioni indotte per via fotochimica.
Risposta delle molecole ai campi elettrici: polarizzabilità elettrica; regola della somma di Kuhn-Thomas; spiegazione della dipendenza 1/R 6 delle forze di London. Funzioni vettoriali e potenziale vettore. I parametri della risonanza magnetica nucleare: costanti di schermo e contributo diamagnetico e
paramagnetico. L'accoppiamento di spin e le interazioni iperfini.
Prerequisiti
È richiesto aver seguito il corso "Chimica fisica della materia e fondamenti di spettroscopia" o altro corso che copra contenuti simili. È consigliato, ma non necessario, aver seguito il corso di chimica 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.
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.
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.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore