Spettroscopia Molecolare

Anno accademico 2014/2015

Obiettivi formativi del corso

Conoscenze e comprensione: il corso intende fornire gli strumenti di base ed avanzati della meccanica quantistica applicata a sistemi dipendenti dal tempo come base per la razionalizzazione e l'utilizzo delle tecniche spettroscopiche di interese in ambito chimico. Il corso inoltre fornisce una dettagliata descrizione di alcune fra le tecniche spettroscopiche di più comune impiego.

Conoscenze e comprensione applicate: il corso fornisce gli strumenti per reinterpretare in modo formale le conoscenze acquisite in ambito spettroscopico in corsi precedenti (spettroscopia vibrazionale, elettronica, NMR etc) e per pianificare esperimenti spettroscopici per l'acquisizione di informazioni molecolari dall'analisi di campioni macroscopici.

Capacità di appendere: oltre agli strumenti metodologici, il corso fornisce agli studenti il linguaggio di base ed avanzato della quantomeccanica chimica applicata a problemi dipendenti dal tempo e all'interazione radiazione-materia, mettendo lo studente in grado di leggere e comprendere testi di base ed avanzati e di affrontare con successo la letteratura scientifica .

Capacità di comunicare  lo studente acquisisce il linguaggio tecnico-specialistico che permette allo studente di dialogare con specialisti chimici, fisici e scianziati dei materiali e di tradurre concetti anche complessi in un linguaggio comprensibile al non-specialista ma garantendo la correttezza delle informazioni convogliate.

Autonomia di giudizio: Elaborazione di collegamenti con concetti quanto-meccanici di base acquisiti nei corsi precedenti e rielaborazione in chiave formale delle conoscenze spettrosocpiche già acquisite in corsi di base e di laboratorio.

Risultati dell'apprendimento

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 macrosocopici 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 competetente 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 padronanza degli argomenti avanzati (vedi programma del corso).

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.

Attività di supporto

Il materiale didattico è disponibile in rete.

Il docente riceve gli studenti per chiarimenti e discussioni, previo appuntamento

Programma

 Per cominciare rivediamo alcuni concetti di base

• lo spettro elettromagnetico
• la misura dei uno spettro di assorbimento: assorbanza
• le trasformate di Fourier

 Radiazione elettromagnetica

• trattazione classica e quantistica
• Hamiltoniano di interazione radiazione-materia

 Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo (ordine lineare) 

• discussione generale
• applicazione all'assorbimento ed emissione di radiazione monocromatica
• approssimazione di dipolo elettrico; assorbimento, emissione spontanea e stimolata

 Teoria della risposta lineare

• funzione risposta e suscettività: esperimenti steady-state e time-resolved
• matrice densità: stati puri e stati misti; popolazioni e coerenze;sistemi all'equilibrio termodinamico
• matrice densità: evoluzione temporale
• Esperimenti steady-state: processi attivi e passivi, relazioni di Kramers-Krönig
• costante dielettrica complessa: indice di rifrazione e coefficiente di estinzione (argomento avanzato)
• formulazione microscopica delle funzioni risposta e suscettività (argomento avanzato)
• matrici densità ridotte; rilassamento e forme di banda

 Spettroscopia ottica

• la separazione dei moti; regole di selezione
• spettroscopia vibrazionale: coordinate normali, coordinate interne, frequenze di gruppo, spettroscopia FT-IR e cenni di spettroscopia Raman
• spettroscopia elettronica: assorbimento, forme di banda e fattori di Frank-Condon, fluorescenza, regola di Kasha, eccitazione di fluorescenza, fosforescenza.
• Cromofori organici, solvatocromia.
• Spettroscopia ottica con luce polarizzata: il tensore polarizzabilità, misure in cristalli e in soluzione; misure in soluzione: spettri ORD e CD (argomento avanzato)

 Spettroscopia magnetica

• l'esperimento base NMR ed ESR
• NMR in soluzione: chemical shift e J-coupling
• FT-NMR: l'esperimento di base ed alcuni esperimenti più raffinati
• sistemi a molti spin non-interagenti, matrici densità e operatori prodotto 
• sistemi di spin interagenti, matrici densità ed operatori prodotto  (argomento avanzato)
• cenni a 2D- NMR (argomento avanzato)

Testi consigliati e bibliografia

G.C.Schatz, M.A.Ratner, Quantum Mechanics in Chemistry, Dover (2002) (capitoli selezionati)

J. McHale Molecular Spectroscopy (capitoli selezionati)

S. Fischer, P. Scherer, Theoretical Molecular Biophysics, Springer (2010) (capitoli selezionati)

M.H. Levitt, Spin Dynamics, Wiley (capitoli selezionati)

Orario lezioni

Appelli

	Data	Ore	Esame
	23/02/2016	09:00	Orale
	03/02/2016	09:00	Orale
	22/09/2015	09:00	Orale
	02/09/2015	09:00	Orale
	14/07/2015	09:00	Orale