CHIMICA FISICA II E LABORATORIO A - L

Obiettivi formativi

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  Il corso si propone di fornire le conoscenze chimico-fisiche di base per la comprensione dei modelli teorici della struttura atomica e del legame chimico, della spettroscopia molecolare e della cinetica chimica. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di comprendere e maneggiare 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)

  Il corso ha l’obiettivo di offrire allo studente competenze specifiche nel campo della Chimica Fisica.

  La formazione è finalizzata principalmente allo sviluppo di competenze cognitive riguardanti i principi teorici di base da trasferire al livello tecnico/pratico, per mezzo di esperienze di laboratorio opportunamente congegnate.

Prerequisiti richiesti

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  Conoscenza delle nozioni di base di Termodinamica. Nozioni di base di Chimica Generale. Nozioni di Matematica: nozioni di base sulle funzioni reali e complesse (campo di esistenza, derivabilità, integrabilità); capacità di sviluppare ed usare semplici derivate e risolvere semplici integrali; comprensione dell'uso di equazioni differenziali del 1° e del 2° ordine. Conoscenze di base di Fisica Generale, includenti nozioni di meccanica classica, di elettricità, magnetismo ed ottica.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  Concetti di Fisica e Matematica di base

Frequenza lezioni

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  Frequenza obbligatoria. Sono ammesse assenze nei limiti definiti dal vigente Regolamento Didattico di Ateneo.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  Come da regolamento didattico

Contenuti del corso

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  I– 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.
  • L’equazione di Schroedinger applicata ad alcuni sistemi semplici.Particella in una buca di potenziale unidimensionale. Particella in una buca di potenziale tridimensionale. Effetto tunnel. Oscillatore armonico ed anarmonico.Rotatore rigido.
  • L’atomo di idrogeno.
  • Gli atomi polielettronici.Metodi approssimati per la risoluzione dell’equazione di Schroedinger: cenni ai metodi perturbativi; il metodo variazionale. L’atomo di elio. 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: applicazione alle molecole di etilene, butadiene, ciclobutadiene, benzene. Energia di delocalizzazione. Calcolo delle distribuzioni di carica per un sistema π. Ordine di legame π e totale - Relazione fra ordine di legame e lunghezza di legame. 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-materia. Equazione di Schrödinger dipendente dal tempo. Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Regole di selezione per transizioni radiative. Popolazione degli stati e distribuzione di Boltzmann. Spettroscopie convenzionali e non-convenzionali. Approssimazione di Born-Oppenheimer per le spettroscopie - Molecole biatomiche: separazione dei modi vibrazionali e rotazionali.
  • Spettroscopia Rotazionale - Livelli energetici rotazionali e spettri rotazionali di molecole diatomiche - Cenni alla classificazione delle molecole poliatomiche da un punto di vista rotazionale e relativi spettri.
  • 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 UV-Vis in assorbimento. Spettroscopia di fotoelettroni. Lo spettro di fotoelettroni di CO. Spettro. degli idruri degli elementi del VI gruppo. Spettri di fotoelettroni di benzeni sostituiti.
  • 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 - Reazioni oscillanti.
  • La dinamica delle reazioni - Teoria degli urti: sfera di collisione, sezione d’urto, energia degli urti e fattore sterico - 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)

  Il corso è articolato in una serie di esperimenti di laboratorio come riportato nella sezione PROGRAMMAZIONE

Testi di riferimento

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  P.W.Atkins - Chimica Fisica - Zanichelli, Bologna, 2000.

  D. A. McQuarrie, J. D. Simon, Chimica Fisica: un approccio molecolare, Zanichelli, Bologna, 2000.
  

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)
  1. Appunti e Dispense delle Lezioni
  2. Chimica fisica, Libro di Julio De Paula e Peter Atkins, Zanichelli
  3. J.R.taylor - Introduzione All'Analisi Degli Errori

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  a) Compito scritto, con semplici esercizi di calcolo su argomenti del corso, propedeutico all'ammissione all'esame orale.

  b) Esame orale.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)

  Esami di profitto a fine corso

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)

  
  

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2)
  • Descrivere le procedure di laboratorio atte alla verifica della legge di Stern Volmer
  • Quale è la relazione tra la bagnabilità della superficie e la composizione chimica della stessa?
  • Cosa si intende per transizione permessa?
  • Descrivere per mezzo di un diagramma a blocchi la strumentazione utilizzata per l'indagine spettroscopica IR