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Introduzione ai metodi
spettroscopici
Interazione energia-materia
Sorgente
Campione
Rivelatore
D
Radiazione
elettromagnetica
Assorbimento
Emissione
Diffusione
Diffrazione
Misura della
intensità luminosa
Radiazione elettromagnetica
A =Ampiezza
ν = frequenza
λ = lunghezza d’onda
φ = fase
X
A(t )  A0 sin( t   )
T
Y
A
t
Campo elettrico e campo magnetico
• Stessa λ
+
=
• Stessa ampiezza
• Stessa fase
•Differenza di fase
+
=
Δφ = 180°
•Frequenza e lunghezza d’onda di una radiazione e.m. sono
correlate:
ν = c/λ
(C = 3 x 108 m s-1)
•L’energia del fotone è associata alla frequenza
E = hν
(h = 6.63 x 10-24 J s )
All’aumentare dell’intensità aumenta il numero di
fotoni mentre l’energia del singolo fotone resta costante
Energia = hc
λ
Principio di indeterminazione di Heisemberg
• Per particelle di massa molto
piccola la misura accurata
della posizione induce una
perturbazione nella posizione
stessa
x  mv  h
Quantizzazione della materia
Legge di distribuzione di Boltzmann
ΔE
n
e
n
 E
kT
k = 1.38 × 10–23 J K–1 (costante di Boltzmann)
6.02 × 1023 × 1.38 × 10–23 J K–1 = 8.3 J K–1 = R (costante dei gas)
L’energia luminosa può interagire con le molecole in diversi modi,
promuovendo gli elettroni a livelli di energia superiore
•Osserviamo assorbimento e (eventualmente) emissione
•Transizioni
Elettroniche (20 kJ mol-1)
Vibrazionali (2.5 kJ mol-1)
Rotazionali (0.25 kJ mol-1)
Livelli elettronici e vibrazionali
E
v2
v1
E1
v0
v2
v1
v0
E0
r
105
microonde
Transizioni rotazionali
104
Transizioni vibrazionali
103
visibile
102
ultravioletto
Transizioni elettroniche
10
raggi X
1
Diffrazione
Energia
infrarosso
Livelli elettronici
Energy
* anti-bonding
* anti-bonding
n non-bonding
 bonding
 bonding
Assorbimento ed emissione:
il principio di Franck - Condon
E
r
Assorbimento ed emissione
Misura dell’assorbimento
Io
I
Sorgente
Monocromatore
Campione
Ricevitore
Monocromatore