Laboratorio di Chimica Fisica II

Anno accademico 2014/2015

Obiettivi formativi del corso

Applicazione di alcuni concetti chiave della quanto-meccanica e loro uso in spettroscopia. Familiarizzazione con alcune tecniche spettroscopiche (assorbimento UV-visibile e fluorescenza; FT-IR; Raman). Interpretazione dei dati spettroscopici e loro utilizzo per ricavare parametri molecolari.

Risultati dell'apprendimento

Viene curata la conoscenza diretta delle principali strumentazioni di spettroscopia ottica molecolare, con apprezzamento delle capaicità e dei limiti delle varie tecniche spettorscopiche usate per la caratterizzazione chimico-fisica delle molecole. Gli studenti inoltre vengono educati ad esprimersi mediante un linquaggio scientifico corretto, e a preparare sintetiche ma complete relazioni scritte sulle esperienze di laboratorio. 

Attività di supporto

Le attività di laboratorio vengono eseguite in piccoli gruppi, con assistenza diretta del docente e dei suoi collaboratori. A livello di tutorato, viene assistita la preparazione delle relazioni di laboratorio.

Note

PER MOTIVI ORGANIZZATIVI E PER RAGIONI DI SICUREZZA IN LABORATORIO, GLI STUDENTI DEVONO ISCRIVERSI AL LABORATORIO ENTRO UNA SETTIMANA DALL'INIZIO DELLE LEZIONI, COMPILANDO E CONSEGNADO AL DOCENTE L'APPOSITA SCHEDA SCARICABILE DAL MATERIALE DIDATTICO.

Le relazioni delle esperienze di laboratorio vanno redatte da ogni gruppo e consegnate in formato cartaceo con chiara indicazione degli studenti che hanno preparato le relazioni stesse. Gli studenti possono anche mandare una relazione elettronica in formato *.pdf per una esame preventivo, ma questo non li esime dal consegnare la copia cartacea almeno una settimana prima dell'esame, e COMUNQUE entro l'inizio del prossimo AA (Ottobre 2014). COLORO CHE NON CONSEGNANO IL QUADERNO ENTRO I TERMINI PREVISTI DOVRANNO RIFREQUENTARE IL LABORATORIO. Relazioni copiate in tutto o in parte saranno ritenute non valide, e i presentatori saranno penalizzati all'esame.

L'esame orale viene sostenuto insieme a Chimica Fisica II (Prof. Painelli).

Programma

Argomenti

Spettrometro UV-Vis per assorbimento e per fluorescenza. Spettrometro Raman. Cenni sulla trasformata di Fourier;  interferometro di Michelson e spettrometro FT-IR

Modello della particella nella scatola di potenziale. Applicazione a molecole organiche pi-coniugate.

Approssimazione di Born-Oppenheimer.

Teoria dei gruppi: definizione di gruppo, gruppi di simmetria, elementi di simmetria, rappresentazioni riducibili e irriducibili. Riduzione delle rappresentazioni. Connessione con la quanto-meccanica.

Elementi di base di spettroscopia molecolare. Regole di selezione.
Definizione dei modi normali di vibrazione, simmetria dei modi normali di vibrazione (con esempi). Uso della simmetria per la valutazione di integrali importanti in quanto meccanica. Regole di selezione per la spettroscopia IR. Spettroscopia Raman e sue regole di selezione. Previsione dell’attività IR e Raman su molecole di diversa simmetria.

Metodi di calcolo per quanto-meccanici per la struttura elettronica delle molecole (cenni). Metodo di Huckel: approssimazioni, risoluzione del problema e calcolo di cariche atomiche, ordini di legame, momenti di dipolo. Regola del 4n+2; uso della simmetria.

Esperienze di laboratorio

1)  Spettri elettronici di coloranti pi-coniugati ed il modello della particella nella scatola

Registrazione dello spettro di assorbimento visibile-NIR di coloranti organici di lunghezza crescente. Interpretazione dei risultati sulla base del modello della particella nella scatola di potenziale.

2) Riconoscimento della simmetria molecolare

Riconoscimento della specie di simmetria cui appartengono le molecole assegnate

3) Fluorescenza di una molecola eccitata a due diverse lunghezze d'onda: regola di Kasha

Registrazione dello spettro di assorbimento, e di due spettri di fluorescenza eccitati a due diverse lunghezze d'onda. Secondo la regola di Kasha, l'emissione sarà la stessa nei due casi.

4) Spettri infrarossi e Raman di sali inorganici aventi anioni di diversa simmetria

Registrazione degli spettri IR e Raman di campioni solidi. Interpretazione degli spettri tramite la teoria dei gruppi. 

5) Calcolo della struttura elettronica di un idrocarburo insaturo mediante il metodo di Hückel (esercizio al calcolatore)

L'esercizio consiste nel risolvere la struttura elettronica pi-greco di un idrocarburo insaturo utilizzando il metodo di Hückel. Oltre alle energie  degli stati, si ricaveranno anche gli ordini di legame e le cariche atomiche nette. Mediante l'uso della teoria dei gruppi, si individueranno le specie di simmetria degli orbitali molecolari e quindi le simmetrie di stato fondamentale e degli stati eccitati, e le regole di selezione per la spettroscopia elettronica.

Testi consigliati e bibliografia

P. W. Atkins, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press. F. A. Cotton, La Teoria dei gruppi in Chimica, Tamburini Ed. 1975

Orario lezioni