Modulo B - Università degli Studi dell`Insubria

A.A.2013/14
Corso di Laurea Chimica e Chimica Industriale
Chimica Fisica I (Modulo B)
Codice SCC0136
Corongiu Giorgina
CFU
SSD
Lezioni
Esercitazioni
Laboratorio
(ore)
(ore)
(ore)
9
CHIM
/02
72
10 (facoltative)
[inserire voce: es. attività
di campo; seminari;
uscite;…]
(ore)
Anno
2013
Lingua
Italiano
Obiettivi dell’insegnamento e risultati di apprendimento attesi
Poiché tutti gli insegnamenti di chimica riguardano molecole e loro proprietà,
obbiettivo di questo corso è di insegnare in modo semplice, a studenti del secondo
anno del corso di Laurea Triennale in Chimica, concetti e metodi di chimica fisica
(meccanica quantistica e spettroscopia molecolare) che sono alla base di tutte le
discipline chimiche. Scopo del corso è quello di fornire una visione razionale della
struttura e proprietà di atomi e molecole e di garantire l’acquisizione da parte degli
studenti della basi necessarie per una eventuale laurea magistrale.
Prerequisiti
Corso di Chimica Generale e conoscenze di base dei Corsi di Matematica e Fisica del
primo anno.
Contenuti e programma del corso
Introduzione alla meccanica quantistica. Il corpo nero. Effetto fotoelettrico. Spettro
dell’atomo di idrogeno. Atomo di Bohr. Dualità onda-particella. Principio di
indeterminazione di Heisenberg. L’equazione di Schrödinger. Operatori. Funzioni
d’onda. Autovalori e autofunzioni. Valori medi. Principio di sovrapposizione. Postulati
della meccanica quantistica. Particella libera. Particella nella scatola monodimensionale. Particella nella scatola tri-dimensionale. Teoria dell’elettrone libero.
L’oscillatore armonico classico. Oscillatore armonico quanto-meccanico. Effetto Tunnel.
Rotore libero. Molecola diatomica rigida. Momento angolare. Atomo di idrogeno e
sistemi idrogenoidi: energia, funzioni d’onda e densità di probabilità, funzioni radiali e
angolari. Effetto Zeeman. Spin elettronico e operatori di spin. Teorema variazionale e
metodo perturbativo. Atomo di elio: stato fondamentale e stati eccitati. Principio di
esclusione di Pauli. Atomi a molti elettroni. Tavola periodica e principio di Aufbau.
Proprietà atomiche. Potenziali di ionizzazione e affinità elettronica. Term Symbols e
configurazioni elettroniche. Regole di Hund. Spettri atomici e regole di selezione.
Approssimazione di Born-Oppenheimer. Metodo del legame di valenza per la molecola
di idrogeno; orbitali ibridi e strutture di risonanza in molecole poli-atomiche. Metodo
dell’orbitale molecolare. Lo ione della molecola di idrogeno: energia e descrizione
dell’orbitale molecolare. Metodo LCAO-MO, configurazioni elettroniche per molecole
diatomiche omo- ed etero-nucleari. Confronto metodo VB e metodo MO. Metodo di
Hückel. Momento di dipolo. Le idee base della spettroscopia. Coefficienti di Einstein,
regole di selezione e popolazione dei livelli. Equazione di Schrödinger e il moto
nucleare. Spettroscopia rotazionale di molecole diatomiche. Spettroscopia rotazionale
di molecole poli-atomiche. Spettroscopia Raman per stati rotazionali. Spettroscopia
IR. Oscillatore armonico e anarmonico. Potenziale di Morse. Regole di selezione e
armoniche. Spettroscopia vibrazionale-Raman. Spettri vibro-rotazionali. Spettri
vibrazionali di molecole poli-atomiche. Spettroscopia elettronica e regole di selezione.
Spettri di assorbimento elettronico di molecole diatomiche e il principio di FranckCondon. Legge di Lambert Beer. Determinazione dell’energia di dissociazione. Spettri
elettronici di molecole poliatomiche, i cromofori. Fluorescenza e fosforescenza. Lasers.
Spettroscopia foto-elettronica. Introduzione alla risonanza magnetica nucleare.
Momento angolare di spin nucleare e momento magnetico nucleare. Livelli energetici
in risonanza magnetica nucleare e la frequenza di Larmor. Lo strumento NMR.
Costanti di schermo e spostamento chimico. Accoppiamento internucleare spin-spin.
Come interpretare uno spetto. Tempi di rilassamento.
Tipologia delle attività didattiche
Lezioni frontali.
Testi e materiale didattico
R.J. Silbey, R.A. Alberty, M.G. Bawendi, Physical Chemistry. John Wiley & Sons, Inc.
P. Atkins, J. De Paula, Physical Chemistry, Oxford University Press.
D.A. McQuarrie, J.D. Simon, Physical Chemistry: A Molecular Approach. Univ. Science
Books.
Modalità di verifica dell’apprendimento
L’esame consiste in una verifica scritta (5-6 esercizi che coprono tutto il programma)
e di un colloquio orale. Lo studente può accedere alla prova orale solo dopo aver
superato la prova scritta. La parte principale del colloquio consiste nell’accertare la
capacità dello studente di esporre in modo chiaro e ragionato elementi semplici di
teoria.
Orario di ricevimento
Per appuntamento
Calendario delle attività didattiche
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Appelli d'esame
Collegamento ipertestuale alla bacheca appelli