- Oggetto:
- Oggetto:
CHIMICA FISICA IV
- Oggetto:
Physical chemistry IV
- Oggetto:
Anno accademico 2023/2024
- Codice attività didattica
- CHI0126
- Docente
- Anna Maria Ferrari (Titolare)
- Corso di studio
- Chimica e Tecnologie Chimiche
- Anno
- 3° anno
- Periodo
- Da definire
- Tipologia
- Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD attività didattica
- CHIM/02 - chimica fisica
- Erogazione
- Tradizionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Facoltativa
- Tipologia esame
- Orale
- Prerequisiti
-
Corsi di base di matematica, fisica e chimica fisica dei corsi precedentiBasic knowledge of maths, physics, and previous chemical physycs
- Propedeutico a
- Ai corsi della laurea magistrale
To master degree classes - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire agli studenti i fondamenti dell'interazione molecola/radiazione elettromagentica e dei processi di decadimento della radiazione.
DIDATTICA ALTERNATIVA: Obiettivi formativi invariatiThe course provides foundations on molecule/radiation interaction and on the process of radiative decay.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Lo studente dovrà essere in grado di:
Discutere i modelli per la descrizione dell'interazione materia radiazione.
Analizzare spettri ottici di molecole poliatomiche utilizzando in modo appropriato concetti e modelli quanto-meccanici.
Discutere i meccanismi di decadimento radiativo e non radiativo e i processi mono e bimolecolari che lo controllano.
Utilizzare la simmetria per stabilire le regole di selezione del processo in studio.
DIDATTICA ALTERNATIVA: Risultati dell'apprendimento attesi invariatiThe student should be able to:
Discuss the models for the description of the matter/radiation interaction
Analize spectra of polyatomic molecules utilizing the appropriate quantum-mechanic concepts and models.
Discuss the radiative decay mechanims and the driven mono(bi)molecular processes
Utilize the simmetry to estabilish the selection rules of the process under study.
- Oggetto:
Programma
Complementi di spettroscopia:
Interazione materia-radiazione. Modello fenomenologico di Einstein. Approccio quantomeccanico (teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo). Legge di Lamber-Beer. Probabilità di transizione e integrale momento della transizione. Destino dello stato eccitato. Meccanismi di diseccitazione. Tempo di vita e larghezza di banda. Modello di Lorentz. Funzione dielettrica e suo significato. Cenni di ottica non lineare. Spettroscopie ottiche. Spettroscopia rotazionale. Rotatori lineari, simmetrici, sferici e asimmetrici. Livelli energetici e regole di selezione. Deformazione centrifuga. Effetto Stark. Spettro rotazionale di molecole biatomiche e poliatomiche. Applicazioni della spettroscopia rotazionale.Spettroscopia vibrazionale. Armonicità elettrica e meccanica. Regole di selezione. Modi normali di vibrazione. Simmetria delle coordinate normali. Integrale momento della transizione e simmetria. Frequenze di gruppo. Spettri IR in presenza di legami ad idrogeno. Applicazioni. Uso di molecole sonda per la caretterizzazione di siti di superficie. Spettroscopia rotovibrazionale. Livelli energetici e transizioni per molecole bi e poliatomiche. Accoppiamento rotovibrazionale. Analisi spettro HCl. Lo spettro di CO2, H2, C2H2. Spettroscopia elettronica. Modello di FC. Fattori di FC. Simmetria dello stato elettronico. Regole di selezione. Variazione della simmetria dello stato elettronio per accoppiamento vibronico. Cromofori. Il caso del benzene.
Elementi di fotofisica. Processi monomolecolari. Regole della fluorescenza. Interpretazione quantomeccanica. Teoria delle transizioni non radiative. Processi bimolecolari. Trasferimenti di energia (radiativo e non radiativo). Trasferimento di elettroni. Modello di Markus. Resa quantica. Cenno alle cinetiche di decadimento. Effetto del solvente.
Scattering Raman. Modello classico. Regole di selezione per gli spettri rotazionali, vibrazionali e rotovibrazionali. Analisi spettri H2 e C2H2.Laser. Inversione di popolazione. Sistemi a due a tre livelli. Elementi costitutivi di un laser. Proprietà. Esempi di laser: stato solido, gas, eccimeri, coloranti. Applicazioni dei laser.
Elementi di spettroscopie magnetiche. EPR e NMR.
Complementi di teoria dei gruppi.
Funzioni basi di rappresentazioni irriducibili. Il prodotto diretto tra RI. Integrali che si annullano per simmetria. La simmetria delle coordinate normali. Gruppi ciclici e infiniti.
DIDATTICA ALTERNATIVA: Programma invariatoStatistical thermodynamics:
The Boltzmann factor and the partition functions. The set of Gibbs. The canonical ensemble. Partition function for a system of independent particles and indistinguishable. Factorization of partition function in its parts translational, rotational, vibrational, electronic. The case of ideal gases: partition function translational, rotational, vibrational, electronic. Relationship between the partition function and thermodynamic quantities (energy, specific heat, pressure) . Entropy and partition function. Helmholtz free energy and chemical equilibrium.
Complements of spectroscopy:
Radiation-matter interaction. Phenomenological model of Einstein. Quantum approach (time-dependent perturbation theory). Lambert-Beer's law. Transition probabilities and integral of transition. Fate of the excited state. Mechanisms of deexcitation. Life time and bandwidth.Rotational spectroscopy. Model of rigid rotor. Hamiltonian. Eigenvalues and eigenvectors. Rotator linear, symmetrical, spherical and asymmetric. Energy levels and selection rules. Centrifugal deformation. Stark effect. Rotational spectrum of diatomic and polyatomic molecules. Applications of rotational spectroscopy. Vibrational spectroscopy. Electrical and mechanical harmonicity. Hamiltonian. Eigenvalues and eigenvectors. Selection rules. Normal modes of vibration. Symmetry of the normal coordinates. Integral of transition and symmetry. Frequency group. IR spectra in the presence of hydrogen bonds. Applications. Use of probe molecules to characterize surface sites. Electron spectroscopy. Model of FC. Vibronic coupling. FC factors. Selection rules. Symmetry of the electronic state. Chromophores. The case of benzene.
Elements of photophysics. Monomolecular processes. Fluorescence rules. Quantum-mechanic explanation. Theory of non radiative transitions. Bimolecular processes. Energy transfer (radiative and resonant. Electron transfer. Markus model. Quantum yields. Hints of the decay kinetics. Solvent effects.
Raman scattering. Classic model. Selection rules for rotational, vibrational and rotovibrational spectra. Analysis of H2 and C2H2 spectra.
Laser. Population inversion. Systems of two and three levels. Constituent elements of a laser. Properties. Examples of lasers: solid state, gas, excimer, dye. Applications of lasers.
Elements of magnetic spectroscopies. EPR e NMR.
Complements of group theory.
Functions basis of irreducible representations. The direct product of RI. Integrals that vanish for symmetry. The symmetry of the normal coordinates. Ciclic and infinite groups.
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Modalità di insegnamento
48 ore lezioni frontale
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria ma fortemente consigliata.
DIDATTICA ALTERNATIVA: il corso si svolge in presenza con streaming alla pagina https://unito.webex.com/meet/anna.ferrari 48 hours lessons
Attendance to the lessons is not compulsory, but strongly raccomended.
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Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame e' orale. Lo studente deve essere capace di applicare i concetti base della meccanica quantistica e della simmetria nella discussione di un particolare fenomeno. Sarà valutata la capacità di organizzare l' apprendimento in modo discorsivo e mediante l'uso di formule, diagrammi e schemi. La valutazione terrà in conto la capacità di ragionamento critico riguardo gli argomenti studiati e l'uso di un lessico appropriato.
Il voto e' espresso in trentesimi.
ESAMI A DISTANZA: Modalità remota mediante collegamento webex The examination is oral. The student must be able to apply the basic quantum chemical and symmetry concepts to describe a partcular phenomenon. It will be evaluated the capability to organize the knowledge both in discursive way that by menas of formulas, diagrams and schemes. The evaluation will take in consideration the capability of crytical reasoning about the studied subjects and the employ of a suitable lexicon.
The mark is espressed in thirtieth.
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Attività di supporto
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Appunti delle lezioni forniti dal docente.
Considerare anche i seguenti testi:
D. A. McQuarrie, J.D. Simon " Physical Chemistry a Molecular Approach"I. Baraldi "L' assorbimento. Introduzione alla spettroscopia elettronica delle molecole poliatomiche", Bononia University Press
I. Baraldi "La luminescenza. Elementi di fotofisica molecolare", Bononia University Press
Notes of lectures provided by the teacher.
See also the following books:
D. A. McQuarrie, J.D. Simon " Physical Chemistry a Molecular Approach"
chapters 17-18-19I. Baraldi "L' assorbimento. Introduzione alla spettroscopia elettronica delle molecole poliatomiche", Bononia University Press
I. Baraldi "La luminescenza. Elementi di fotofisica molecolare", Bononia University Press
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Note
- Registrazione
- Chiusa
- Apertura registrazione
- 01/03/2020 alle ore 00:00
- Chiusura registrazione
- 31/12/2022 alle ore 23:55
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