CHIMICA FISICA II E LABORATORIO M - Z

Obiettivi formativi

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  Il corso si propone di fornire le conoscenze chimico-fisiche di base per la comprensione del legame chimico, della spettroscopia molecolare e della cinetica chimica. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di comprendere i principi di base dei metodi quantomeccanici e spettroscopici e delle loro applicazioni alla determinazione della struttura elettronica e geometrica dei sistemi molecolari semplici. Conoscerà inoltre le leggi e teorie di base della cinetica chimica nonchè le principali metodologie per lo studio teorico e sperimentale delle reazioni chimiche.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  L’obiettivo dell’attività di Laboratorio è quello di sviluppare le capacità di osservazione e analisi attraverso procedure sperimentali mirate alla determinazione di parametri chimico-fisici.

Prerequisiti richiesti

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  Matematica, Fisica generale 1, Fisica generale 2, Chimica fisica 1

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  Conoscenza della Chimica Fisica di base

Frequenza lezioni

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  Obbligatoria (almeno 60% di presenze)

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  Obbligatoria con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CdL in Chimica

Contenuti del corso

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  I – La descrizione quantistica della struttura di atomi e molecole.

  Crisi della fisica classica e nascita della teoria quantistica. Postulati della meccanica quantistica. Funzioni d’onda e operatori. Equazione di Schroedinger. Particella in una buca di potenziale. Oscillatore armonico ed anarmonico. Rotatore rigido. L’atomo di idrogeno. Metodi approssimati per la risoluzione dell’equazione di Schroedinger: cenni ai metodi perturbativi; il metodo variazionale. L’atomo di elio. Momento angolare di spin e stati con diversa molteplicità di spin. Principio variazionale e teoria di campo medio per atomi con più elettroni. Approssimazione orbitalica. Metodo di Hartree-Fock del campo autocoerente. Energia di correlazione. Teoria dell’elettrone indipendente per gli atomi complessi. Principio di Pauli. Aufbau.

  Il legame chimico e le molecole biatomiche. Approssimazione di Born-Oppenheimer. Il metodo degli orbitali molecolari e applicazione alla molecola ione idrogeno. Integrali di sovrapposizione, coulombiano e di scambio e loro contributo alla stabilità del legame chimico. Orbitali molecolari di legame e di antilegame. Molecole biatomiche con più di un elettrone. Struttura elettronica nello schema MO. Orbitali σ e π - Applicazione del metodo di aufbau per gli orbitali molecolari - Configurazione elettronica e proprietà di molecole biatomiche omonucleari.

  Molecole poliatomiche. Il metodo di Huckel. Energia di delocalizzazione. Calcolo delle distribuzioni di carica per un sistema π. Estensione del metodo di Hückel a composti contenenti eteroatomi. Evidenze sperimentale dell’esistenza degli orbitali molecolari. Cenni alla struttura elettronica dei solidi.

  II - Interazione radiazione-materia e spettroscopia molecolare.

  Principi di base di spettroscopia molecolare. Interazione radiazione elettromagnetica-materia e cenni alla teoria perturbativa dipendente dal tempo. Approssimazione di Born-Oppenheimer per le spettroscopie.

  Spettroscopia Rotazionale. Livelli energetici rotazionali e spettri rotazionali di molecole diatomiche. Cenni alla classificazione delle molecole da un punto di vista rotazionale e relativi spettri: rotatori lineari, simmetrici oblati e prolati, sferici, asimmetrici.

  Spettroscopia vibrazionale. Spettri vibrazionali di molecole biatomiche e regole di selezione secondo il modello dell’oscillatore armonico. Applicazione del modello dell’oscillatore anarmonico - Modi normali di un sistema poliatomico e spettri vibrazionali. Spettri vibro-rotazionali di molecole bi- e triatomiche.

  Spettroscopia elettronica. Transizioni elettroniche in molecole biatomiche e poliatomiche. Regole di selezione. Principio di Franck-Condon e transizioni vibroniche. Spettroscopia di fotoelettroni. Gli stati elettronici eccitati. Processi fotofisici. Coefficienti di Einstein, emissione spontanea ed emissione stimolata. Spettroscopia di fluorescenza.

  I laser e la spettroscopia laser. Processi fotochimici.

  III – Cinetica Chimica.

  Velocità delle reazioni chimiche. Leggi cinetiche semplici e costanti cinetiche. Integrazione di equazioni cinetiche semplici. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Meccanismi di reazione. Reazioni elementari. Reazioni consecutive e parallele. Principio del bilancio dettagliato. Approssimazione dello stato stazionario. Reazioni complesse. Cinetica enzimatica. La dinamica delle reazioni. Teoria degli urti. Teoria dello stato di transizione. Lo studio sperimentale degli urti molecolari. Distribuzione angolare e delle velocità dei prodotti di reazione. Meccanismi di rimbalzo, di stripping e con formazione di complesso. Superfici di energia potenziale. Lo studio delle reazioni ultraveloci: femtochimica.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)
  • Cinetica mediante la spettrometria UV-Vis: iodurazione dell’acetone
  • Cinetica conduttometrica: idrolisi dell’acetato di etile
  • Spettroscopia di Fluorescenza: verifica della legge di Stern-Volmer Ru(bpy)3]Cl2 con quencher (Q) fenotiazina
  • Spettroscopia FT-IR: spettri FT-IR di composti carbonilici in fase solida, liquida e gassosa.
  • Spettri elettronici: assorbimento dello I₂
  • Spettri elettronici: assorbimento di polieni coniugati
  • Angolo di contatto: calcolo dell’energia libera di superficie

  Spettroscopia UV-Vis: Fotodegradazione di contaminanti organici mediante l’utilizzo di nanoparticelle di biossido di titanio

Testi di riferimento

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  1. Dispense e lucidi delle lezioni fornite dal docente
  2. P. Atkins, J. de Paula, R. Friedman - QUANTA, MATTER, AND CHANGE: A MOLECULAR APPROACH TO PHYSICAL CHEMISTRY -W.H. FREEMAN AND COMPANY New York.D.A.
  3. Mc.Quarrie, J.D. Simon – CHIMICA FISICA un approccio molecolare - Zanichelli
  4. P. Atkins, J. de Paula - PHYSICAL CHEMISTRY 9th Ed- W.H. FREEMAN AND COMPANY New York / P.W. Atkins, J. de Paula - Chimica fisica - Zanichelli
  5. J.M. Hollas, MODERN SPECTROSCOPY - Wiley
• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  Atkins De Paula - Chimica Fisica - Zanichelli

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  Scritto ed orale.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  Esame orale e discussione della tesina di laboratorio contenente almeno 3 relazioni (a scelta dello studente) sulle esercitazioni svolte durante il corso.

  Le relazioni per l’esame orale possono essere spedite via e-mail o consegnate direttamente al docente una settimana prima della data dell’appello.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  - Determinazione della lunghezza di legame di una molecola biatomica dallo spettro rotazionale

  - Determinazione del simbolo di termine molecolare per una data configurazione elettronica

  - Calcolo dell'energia di stabilizzazione di un poliene coniugato utilizzando il Metodo di Huckel

  - Modi normali di vibrazione

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  nessuna