66931 - METODI SPETTROSCOPICI

Anno Accademico 2022/2023

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del modulo, lo studente conosce i principi che governano i processi di interazione radiazione-molecole, che generano spettri di assorbimento e di emissione di varia natura. Apprende prioritariamente i fondamenti quantomeccanici delle tecniche spettroscopiche di più largo impiego nei laboratori chimici (NMR, IR, VIS-UV), e acquisisce competenze nella capacità di correlare caratteristiche spettrali con proprietà molecolari di interesse chimico-fisico e analitico.

Contenuti

Prerequisiti: Lo studente che accede a questo insegnamento deve possedere buone basi di tipo fisico-matematico e avere soprattutto una buona conoscenza dei fondamenti di meccanica quantistica, forniti dal corso di Chimica Fisica I.

Programma:

Nozioni introduttive: Interazione radiazione-molecole e le corrispondenti equazioni cinetiche. Il momento di transizione e le informazioni che da esso si possono trarre. Le principali regioni dello spettro elettromagnetico e il loro utilizzo in campo spettroscopico. Relazioni tra frequenza, lunghezza d'onda, numero d'onda.

Spettroscopia rotazionale di molecole biatomiche: Energia rotazionale delle molecole: trattazione classica. Passaggio dalla trattazione classica a quella quantistica: il rotatore rigido. Il rotatore semi-rigido: distorsione centrifuga. Molecole biatomiche: livelli energetici, regole di selezione, intensita', spettro rotazionale. Esercizi numerici.

Spettroscopia vibrazionale di molecole biatomiche: Energia rotazionale delle molecole: trattazione classica. Passaggio dalla trattazione classica a quella quantistica: l'oscillatore armonico. Anarmonicita'. Molecole biatomiche: livelli energetici, regole di selezione, intensita', spettro vibrazionale. Esercizi numerici.

Spettroscopia vibro-rotazionale di molecole biatomiche: Livelli energetici, regole di selezione, intensita', spettro vibro-rotazionale. Esercizi numerici.

Spettroscopia Raman di molecole biatomiche: Effetto Raman. Regole di selezione: polarizzabilità elettrica e momento di dipolo indotto. Spettroscopia Raman rotazionale. Spettroscopia Raman vibrazionale. Effetto della statistica di spin nucleare. Esercizi numerici.

Spettroscopia elettronica di moelcole biatomiche: Approssimazione di Born-Oppenheimer e concetto di superficie di energia potenziale. Il principio di Franck-Condon. Transizioni vibroniche in molecole biatomiche: livelli energetici, regole di selezione, il concetto di progressione vibronica, intensita'. Derivazione di energie di dissociazione da spettri vibronici. Transizioni ro-vibroniche in molecole biatomiche: livelli energetici, regole di selezione, intensita'. Esercizi numerici.

Esercitazioni in laboratorio: Quattro esercitazioni in laboratorio relative a: spettroscopia rotazionale, spettroscopia vibro-rotazionale, spettroscopia Raman vibrazionale e spettroscopia vibronica.

Testi/Bibliografia

J.M. Brown: "Molecular Spectroscopy" - Oxford Science Publications. Capitoli: 1 - 7.

P.W. Atkins, J. de Paula : "Chimica Fisica" (5a ed. italiana dalla 9a inglese) – Zanichelli. Contenuto dei capitoli 12, 13, 14 (Spettroscopia 1, 2, 3).

Diapositive proiettate a lezione disponibili online.

Metodi didattici

Il corso si sviluppa attraverso tre differenti tipologie di insegnamento:

- lezioni frontali svolte in aula in cui viene presentata la parte teorica del corso (4 CFU);

- esercizi svolti in aula in cui si applicano in modo quantitativo le nozioni teoriche presentate a lezione (1 CFU);

- esercitazioni pratiche in laboratorio consistenti nella registrazione e analisi di spettri molecolari ottenuti attraverso l'uso diretto di strumentazione spettroscopica “research grade” (1 CFU). Gli studenti, divisi in gruppi di 2-3 unità, portano a termine quattro esperienze di tipo sperimentale. Ciascuna esperienza viene poi descritta, documentata e interpretata in una apposita relazione.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei Moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso l'esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta, e le relazioni di laboratorio, consegnate dallo studente entro il termine del semestre in oggetto. La durata della prova scritta è mediamente di 120 minuti ed è strutturata nel seguente modo:

- Risoluzione di (circa 10) esercizi numerici (simili a quelli svolti a lezione)

- Domande (circa 8) di argomenti svolti nel corso della parte teorica

Nel corso della prova scritta è ammesso l'uso della calcolatrice.

Il voto finale viene calcolato come media pesata sui CFU della votazione acquisita nella prova scritta e del voto ottenuto nelle relazioni.

Sono previste tre prove in itinere. La durata della prova in itinere è mediamente di 120 minuti ed è strutturata nel seguente modo:

- Risoluzione di (circa 6-10) esercizi numerici (simili a quelli svolti a lezione)

- Domande (circa 8-12) di argomenti svolti nel corso della parte teorica

Nel corso delle prove è ammesso l'uso della calcolatrice.

Le prove in itinere sono svolte circa una settimana dopo il termine della spiegazione degli argomenti trattati. In dettaglio:

- I prova in itinere (entro la meta' di Aprile): Teoria: Interazione radiazione-materia e tutta parte introduttiva, Spettroscopia Rotazionale Esercizi: Spettroscopia Rotazionale.

- II prova in itinere (entro prima settimana di Maggio): Teoria e Esercizi: Spettroscopia Vibrazionale e Spettroscopia Vibro-rotazionale.

- III prova in itinere (entro la fine di Maggio): Teoria e Esercizi: Spettroscopia Raman e Spettroscopia Elettronica.

 

 

Strumenti a supporto della didattica

1) Lezioni (ed esercizi) tenute alla lavagna e con supporto del video-proiettore. Dispense.
2) Esercitazioni in laboratorio di Chimica Fisica.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Cristina Puzzarini

Consulta il sito web di Mattia Melosso