STRUTTURA MOLECOLARE CON ELEMENTI DI SPETTROSCOPIA

Conoscenza e capacità di comprensione
Acquisire i fondamenti della meccanica quantistica necessari alla descrizione della struttura atomica e molecolare. Conoscere e comprendere i principi che regolano la struttura elettronica di atomi e molecole, le approssimazioni fondamentali impiegate nella loro descrizione e le basi teoriche delle principali tecniche spettroscopiche.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Applicare i principi della meccanica quantistica alla descrizione qualitativa della struttura elettronica di atomi e molecole, interpretando proprietà chimico-fisiche e dati spettroscopici e mettendo in relazione struttura, legame chimico e risposta della materia alla radiazione elettromagnetica.

Autonomia di giudizio
Analizzare criticamente problemi relativi alla struttura atomica e molecolare, scegliendo il modello teorico più appropriato tra quelli presentati nel corso e interpretando in modo autonomo semplici risultati sperimentali di carattere spettroscopico.

Abilità comunicative
Esporre con rigore scientifico e proprietà di linguaggio i principi della struttura atomica e molecolare, della meccanica quantistica di base e della spettroscopia, utilizzando la terminologia disciplinare appropriata e interagendo efficacemente con interlocutori specialisti e non specialisti.

Capacità di apprendimento
Sviluppare la capacità di approfondire autonomamente gli argomenti trattati mediante lo studio di testi universitari e della letteratura scientifica, acquisendo le basi teoriche necessarie per affrontare insegnamenti successivi nell'ambito della chimica teorica, della chimica fisica e della spettroscopia.

Il corso si svolge mediante lezioni frontali integrate da esercitazioni numeriche.

Le lezioni sono finalizzate alla presentazione dei fondamenti teorici della meccanica quantistica, della struttura atomica e molecolare, dell’interazione radiazione–materia e della spettroscopia molecolare.

Le esercitazioni numeriche sono dedicate all’applicazione dei concetti teorici mediante la risoluzione guidata di problemi quantitativi, con particolare attenzione all’utilizzo dei modelli introdotti durante il corso e all’interpretazione dei risultati ottenuti.

L’integrazione tra lezioni ed esercitazioni concorre al raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi, favorendo sia l’acquisizione delle conoscenze teoriche sia lo sviluppo delle capacità applicative.

La frequenza e la partecipazione attiva alle lezioni e alle esercitazioni sono fortemente consigliate al fine di favorire la comprensione degli argomenti trattati e lo sviluppo delle capacità applicative.

Per seguire proficuamente il corso sono richieste:

• conoscenze matematiche di base acquisite nella scuola secondaria superiore (algebra, geometria, trigonometria e funzioni elementari);
• conoscenze di analisi matematica, con particolare riferimento al calcolo differenziale e integrale di funzioni di una variabile;
• conoscenze di fisica generale e sperimentale, comprendenti i fondamenti della meccanica classica, dell'elettromagnetismo e delle onde;
• conoscenze di chimica generale, con particolare riferimento alla struttura della materia, al legame chimico e alla periodicità delle proprietà degli elementi.

Non sono richieste conoscenze pregresse di meccanica quantistica, i cui fondamenti vengono introdotti nel corso.

La frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è fortemente consigliata. Gli studenti sono responsabili della propria preparazione e dell’acquisizione dei contenuti trattati durante il corso.
 

I. Fondamenti di meccanica quantistica e descrizione quantistica della struttura atomica e molecolare

• Concetti fondamentali e postulati della meccanica quantistica.
• Funzioni d’onda, operatori, osservabili ed equazione di Schrödinger.
• Modelli quantomeccanici semplici e loro applicazioni.
• Struttura elettronica degli atomi.
• Metodi approssimati per sistemi a molti elettroni.
• Struttura elettronica molecolare e legame chimico.

II. Interazione radiazione–materia e spettroscopia molecolare

• Interazione tra radiazione elettromagnetica e materia.
• Regole di selezione e probabilità di transizione.
• Spettroscopia rotazionale, vibrazionale ed elettronica.
• Elementi di spettroscopia di risonanza magnetica.
• Interpretazione di dati spettroscopici in relazione alla struttura molecolare.

Esercitazioni numeriche

• Risoluzione di problemi quantitativi relativi agli argomenti trattati nel corso.
• Applicazione di semplici modelli quantomeccanici a sistemi atomici e molecolari.
• Analisi e interpretazione di dati spettroscopici.

McQuarrie, Simon - Physical chemistry: a molecular approach

P.W.Atkins - Chimica fisica

La verifica dell’apprendimento avviene mediante un colloquio orale integrato da un’esercitazione numerica.

L’esame orale è finalizzato ad accertare la conoscenza e la capacità di comprensione degli argomenti trattati durante il corso, con particolare riferimento ai principi della meccanica quantistica, alla struttura atomica e molecolare, all’interazione radiazione–materia.

L’esercitazione numerica è volta a verificare la capacità di applicare i modelli teorici e le metodologie introdotte nel corso alla risoluzione di problemi quantitativi e all’interpretazione di dati relativi alla struttura molecolare ed alla spettroscopia.

La valutazione terrà conto della padronanza dei contenuti, della capacità di applicare le conoscenze acquisite, dell’autonomia nell’analisi dei problemi e della proprietà di linguaggio scientifico.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere. A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP del Dipartimento.

Le domande e gli esercizi proposti durante l’esame riguardano gli argomenti trattati nel corso e sono finalizzati a verificare la comprensione dei concetti fondamentali, la capacità di applicare i modelli teorici e l’abilità nella risoluzione di problemi quantitativi.

Non sono previste domande d’esame predefinite o ricorrenti; i quesiti vengono formulati in relazione agli argomenti effettivamente svolti durante il corso.