Prof. Mariano Casu (modulo II) (Prof. Navarra) (Prof. Casu)

Transcript

1 Università degli Studi di Cagliari Corso di Laurea triennale in Chimica Chimica fisica II e laboratorio CFU Docenti Prof. Gabriele Navarra (modulo I) Prof. Mariano Casu (modulo II) SSD CHIM/02 Tel (Prof. Navarra) (Prof. Casu) Fax navarra@unica.it mcasu@unica.it Orario di ricevimento in orario da concordare con gli studenti. MODULO I: Obiettivi Formativi: Conoscenze: Lo studente raggiungerà conoscenze e capacità di comprensione relativamente alle nozioni teoriche e numeriche di base della Meccanica Quantistica. Capacità: AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Lo studente sarà in grado di dimostrare capacità di interpretare nozioni e dati per inquadrare ogni argomento nel relativo campo di applicazione, sapendo quindi individuare il modo opportuno per la sua trattazione o la risoluzione. ABILITÀ COMUNICATIVE: Lo studente sarà in grado di comunicare le conoscenze raggiunte nella Meccanica Quantistica con un linguaggio formale ed appropriato, sia nella prova scritta che orale; questa abilità Pag. 1/6

2 deve anche estendersi ai campi interdisciplinari di Chimica, Fisica e Matematica. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO: Lo studente svilupperà una capacità di apprendimento necessaria per intraprendere con sufficiente grado di autonomia studi successivi sulle tecniche spettroscopiche. Conoscenze richieste: Lo studente deve aver conseguito una buona preparazione nei corsi precedenti di Chimica, Fisica e Matematica e possedere una buona conoscenza del calcolo scientifico. In particolare durante le lezioni frontali verranno utilizzati i seguenti concetti: derivate, integrali, numeri immaginari, risoluzione di sistemi lineari, determinante di una matrice, limite e sviluppo in serie di una funzione, risoluzione di equazioni differenziali, fattoriale di un numero, trigonometria. Programma: La Teoria Quantistica Le Origini della Meccanica Quantistica; Gli Insuccessi della Fisica Classica; Il Dualismo Onda- Corpuscolo; La Dinamica dei Sistemi Microscopici; L Equazione di Schroedinger. L Interpretazione della Funzione d Onda Secondo Born; I Principi Quantomeccanici; Operatori ed Osservabili; La Sovrapposizione ed i Valori Attendibili. Il Moto Traslazionale; La Particella nella Scatola; Il Moto in Due e Tre Dimensioni; L Effetto Tunnel; Il Moto Vibrazionale; I Livelli Energetici; Le Funzioni d Onda; Il Moto Rotazionale; La Rotazione in Due e Tre Dimensioni; Lo Spin. La Struttura Atomica La Struttura e gli Spettri degli Atomi Idrogenoidi; Gli Orbitali Atomici e la loro Energia; Transizioni Spettroscopiche e Regole di Selezione; La Struttura degli Atomi Multielettronici; l Approssimazione Orbitalica; Gli Orbitali del Campo Autocoerente; Gli Spettri degli Atomi Complessi; Stati di Singoletto e Stati di Tripletto; L Accoppiamento Spin-Orbita; Simboli di Termine e Regole di Selezione; L Effetto dei Campi Magnetici. La Struttura Molecolare La Teoria del Legame di Valenza; La Molecola di Idrogeno; Le Molecole Biatomiche Omonucleari; La Teoria degli Orbitali Molecolari; La Molecola Ione Idrogeno; La Struttura delle Molecole Biatomiche; Notazione di Parità e Simboli di Termine; Le Molecole Biatomiche Pag. 2/6

3 Omonucleari; Il Principio Variazionale; Metodi Semiempirici e Metodi Ab Inizio; L Approssimazione di Huckel; La Teoria delle Bande per i Solidi. Calcoli Spettroscopici per Alcune Molecole. Testi consigliati: a) P.W. Atkins, Chimica Fisica (3 a edizione italiana o successive), Zanichelli. b) Dispense del Docente a disposizione all'indirizzo web: MODULO II: Obiettivi Formativi: Conoscenze: Il corso ha come obiettivo quello di introdurre i principi e le metodologie delle tecniche spettroscopiche che sono essenziali per lo studio e la comprensione della struttura delle molecole. Capacità: CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Mediante esperienze didattiche di laboratorio si svilupperà la capacità dello studente di applicare il ragionamento deduttivo e la capacità di interpretare i dati. La verifica delle capacità di applicare e comprendere avviene attraverso l esecuzione di esperienze in laboratorio e durante l esame orale. AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Il corso ha l intento di sviluppare la capacità di ragionamento critico, in particolare la capacità di interpretare i risultati ottenuti dalle esercitazioni di laboratorio. La verifica del grado di autonomia di giudizio avviene mediante attività svolte e la redazione di relazioni. ABILITÀ COMUNICATIVE Il corso si prefigge di approfondire l uso di un adeguato linguaggio scientifico per sviluppare la capacità di esporre oralmente un argomento, di redigere una relazione scientifica che illustri le motivazioni ed i risultati, di preparare ed esporre una presentazione di un argomento scientifico mediante l uso di rappresentazioni grafiche e tabulari. Le abilità comunicative, oltre Pag. 3/6

4 che attraverso l esame orale finale, sono continuamente stimolate e verificate mediante la redazione di relazioni scritte. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO: Il corso intende sviluppare le competenze necessarie per completare gli studi di Chimica, di applicare le conoscenze a contesti differenti, di comprendere i limiti delle proprie conoscenze e l abilità nell'individuare i libri di testo in italiano o in inglese e altri materiali utili agli approfondimenti. I risultati ed il metodo di studio saranno valutati attraverso esame scritto, orale, relazioni scritte. Conoscenze richieste: Lo studente deve aver conseguito una buona preparazione nei corsi precedenti di Chimica, Fisica e Matematica e possedere una buona conoscenza del calcolo scientifico. In particolare durante le lezioni frontali verranno utilizzati i seguenti concetti: derivate, integrali, numeri immaginari, risoluzione di sistemi lineari, determinante di una matrice, limite e sviluppo in serie di una funzione, risoluzione di equazioni differenziali, fattoriale di un numero, trigonometria. Programma: Lezioni teoriche (16 ore). Caratterizzazione di una radiazione elettromagnetica- Lo spettro elettromagnetico Livelli di energia quantizzata Energia di transizione associata Interazione radiazione-materia - Assorbimento e emissione della radiazione - Forma e intensità delle transizioni spettrali - Spettroscopia in trasformata di Fourier Elementi fondamentali di uno strumento. Principi di spettroscopia rotazionale Modello rigido Transizioni rotazionali popolazioni dei livelli rotazionali. Spettroscopia vibrazionale: L'oscillatore armonico- vibrazione delle molecole biatomichel oscillatore anarmonico- Interazione tra rotazione e vibrazione - Vibrazione delle molecole poliatomiche - Spettri vibro-rotazionali - Calcolo e confronto di distanze di legame e costanti di forza, concetti di banda fondamentale, sovrattono, modi normali di vibrazione, frequenze di gruppo. Effetto dello spin nucleare sulle intensità degli spettri vibro-rotazionali. Spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier Aspetti strumentali. Pag. 4/6

5 Spettroscopia elettronica: atomi, molecole biatomiche e poliatomiche. Stati elettronici e regole di selezione. Spettroscopia di emissione: fluorescenza e fosforescenza. Misure di tempi di vita di stati eccitati con applicazioni. Esercitazioni di Laboratorio ( 48 ore). Gli studenti, suddivisi in gruppi, svolgono esercitazioni che riguardano la risoluzione di problemi teorici e numerici e la realizzazione di esercitazioni pratiche utilizzando spettrometri in dotazione dei laboratori didattici (IR, UV-VIS). Testi consigliati: a) C. N. Banwell, Fundamentals of molecular spectroscopy. McGraw-Hill, New York J. D. Graybeal, Molecular spectroscopy. McGraw-Hill, New York. Atkins, Physical Chemistry. Oxford University Press. J. M. Hollas, Modern spectroscopy. Wiley, New York. Modalità di verifica/esame: x x Prove di verifica intermedie Esame scritto Esame orale Prova di laboratorio Descrizione: METODI DIDATTICI: I MODULO: Lo studente seguirà cicli di lezioni frontali in aula e svolgimento di esercizi numerici sugli argomenti svolti. A tale scopo verranno utilizzati strumenti multimediali (computer e proiettore) e strumenti tradizionali (lavagna e gesso). II MODULO: Lezioni in aula integrate da esercitazioni pratiche sugli argomenti svolti. Gli studenti, suddivisi in gruppi, svolgono esercitazioni pratiche utilizzando spettrometri in dotazione dei laboratori didattici e di ricerca (IR, UV-VIS, XRF). MODALITÀ DI VERIFICA DELL APPRENDIMENTO: Pag. 5/6

6 L esame finale consiste in una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta comprende esercizi numerici e domande a risposta aperta sugli argomenti trattati. Colloquio orale vertente sugli argomenti trattati e sulle esercitazioni di laboratorio. Lo studente potrà verificare in modo autonomo la propria preparazione attraverso la risoluzione di esercizi numerici e lo svolgimento di test a risposta multipla lungo le varie fasi di erogazione del corso. Pag. 6/6