Chimica fisica II e laboratorio

Università degli Studi di Cagliari
Corso di Laurea triennale in Chimica
Chimica fisica II e laboratorio
Docenti
Prof. Gabriele Navarra (modulo I)
CFU
6+6
SSD
CHIM/02
Prof. Mariano Casu (modulo II)
Tel.
+39 070 6754363 (Prof. Navarra)
+39 070 6754416 (Prof. Casu)
Fax.
+39 070 675 4388
E-mail
[email protected]
[email protected]
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 –
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 OndaCorpuscolo; 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 –
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 (3a edizione italiana o successive), Zanichelli.
b) Dispense del Docente a disposizione all'indirizzo web: www.unica.it/navarra.
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 –
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 –
•
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:
Prove di verifica intermedie
x
Esame scritto
x
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 –
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 –