- Oggetto:
- Oggetto:
CHIMICA FISICA IV
- Oggetto:
Physical chemistry IV
- Oggetto:
Anno accademico 2016/2017
- Codice dell'attività didattica
- MFN1178
- Docente
- Dott. Anna Maria Ferrari (Titolare del corso)
- Corso di studi
- Chimica e Tecnologie Chimiche
- Anno
- 3° anno
- Tipologia
- Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- CHIM/02 - chimica fisica
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Facoltativa
- Tipologia d'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 della termodinamica statistica e dell'interazione molecola/radizione elettromagentica
The course provides foundations on statistic thermodynamics and on molecule/radiation interaction
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
L’allievo dovrà essere in grado discutere:
Funzioni partizioni molecolari
Statistica di Boltzmann e statistiche quantistiche
TD statistica e variabili termodinamiche
Modelli per la descrizione dell'interazione materia radiazione
Spettroscopie ottiche: modelli e applicazioni. Discussione di spettri di molecole poliatomiche
Laser. Teoria ed applicazioni
The student should be able to discuss:
Molecular partition functions
Boltzmann and quantum statistics
Partion functions thermodynamic variables
Models for the description of the matter/radiation interaction
Optical spectroscopy: models and applications. Discussion of spectra of polyatomic molecules
Laser. Theory and applications
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
48 ore lezioni frontale
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria ma fortemente consigliata.
48 hours lessons
Attendance to the lessons is not compulsory, but strongly raccomended.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
esame oraleoral exam- Oggetto:
Attività di supporto
- Oggetto:
Programma
Termodinamica statistica:Il fattore di Boltzmann e le funzioni di partizione. L’insieme di Gibbs. L’insieme canonico. Funzione di partizione per un sistema di particelle indipendenti ed indistinguibili.
Fattorizzazione della funzione di partizione nelle sue parti traslazionale, rotazionale, vibrazionale, elettronica.
Il caso dei gas ideali: funzione di partizione traslazionale, rotazionale, vibrazionale, elettronica.Relazione tra funzione di partizione e le grandezze termodinamiche (energia, calore specifico, pressione).Entropia e funzione di partizione. Energia libera di Helmotz ed equilibrio chimico.
Per questa parte si vedano i Cap. 17 e 18 del Mc Quarrie
Cenno alla statistica “non di Boltzmann” : Fermi-Dirac e Bose-Einstein.
Il caso dell’orto e para idrogeno.
Per questa parte si veda il capitolo 22 di F.L. Hill (paragrafo 1 fino all’eq.
22.7 e il paragrafo 22.8).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.
Spettroscopie ottiche.
Spettroscopia rotazionale. Modello del rotatore rigido. Hamiltoniano. Autovalori ed autovettori. 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. Hamiltoniano. Autovalori ed autovettori. 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.
Spettroscopia rotovibrazionale. Livelli energetici e transizioni per molecole bi e poliatomiche. Accoppiamento rotovibrazionale. Analisi spettro HCl. Lo spettro di CO2.
Spettroscopia elettronica. Modello di FC. Accoppiamento vibronico. Fattori di FC. Regole di selezione. Simmetria dello stato elettronico. Cromofori. Il caso del benzene.
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.
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.
Statistical 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.
For this part, see the Cap. 17 and 18 of Mc Quarrie
Notes to statistical "non-Boltzmann": Fermi-Dirac and Bose-Einstein. The case of the orto and para hydrogen.
For this part, see chapter 22 of F.L. Hill (paragraph 1 to Eq.22.7 and paragraph 22.8).
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.
Electron spectroscopy. Model of FC. Vibronic coupling. FC factors. Selection rules. Symmetry of the electronic state. Chromophores. The case of benzene.
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.
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.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Appunti delle lezioni forniti dai docenti.
Considerare anche i seguenti testi:
D. A. McQuarrie, J.D. Simon " Physical Chemistry a Molecular Approach"
capitoli 17-18-19 P- Atkins e J. de Paula "Chimica Fisica" capitoli 12-13, 15-16Notes of lectures provided by teachers.
See also the following books:
D. A. McQuarrie, J.D. Simon " Physical Chemistry a Molecular Approach"
chapters 17-18-19
P- Atkins and J. de Paula "Chimica Fisica" chapers 12-13, 15-16- Oggetto:
Note
- Oggetto:
