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 delle molecole. Conoscerà inoltre le basi della cinetica chimica e delle principali metodologie per lo studio teorico e sperimentale delle reazioni chimiche.
Il corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:
- Conoscenza e capacità di comprensione: sviluppare la capacità di ragionamento induttivo e deduttivo e la comprensione del legame chimico, della spettroscopia molecolare e della cinetica chimica.
- Capacità di applicare conoscenza: essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per descrivere razionalmente la struttura elettronica e la geometria delle molecole; essere in grado di estrarre informazioni da spettri elettronici, vibrazionali e rotazionali di molecole semplici; essere capaci di studiare da un punto di vista teorico e sperimentale la cinetica delle reazioni chimiche.
- Autonomia di giudizio: sviluppare la capacità di ragionamento critico ed essere in grado di correlare i modelli teorici al comportamento delle molecole
- Abilità comunicative: essere capaci di dimostrare la piena comprensione della materia con proprietà di linguaggio e rigore scientifico.
- Capacità di apprendimento: dimostrare di aver sviluppato buone capacità di apprendimento ed approfondimento per comprendere i fenomeni e i processi chimico-fisici
Il corso ha l’obiettivo di offrire allo studente conoscenze specifiche nel campo della Chimica Fisica.
La formazione è finalizzata principalmente allo sviluppo di conoscenze riguardanti i principi teorici di base da trasferire al livello tecnico/pratico, per mezzo di esperienze di laboratorio opportunamente congegnate.
Il corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:
Conoscenza e capacità di comprensione: sviluppare la capacità di ragionamento induttivo e deduttivo e la comprensione del legame chimico, della spettroscopia molecolare e della cinetica chimica.
Capacità di applicare conoscenza: essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per descrivere razionalmente la struttura elettronica e la geometria delle molecole; essere capaci di studiare da un punto di vista teorico e sperimentale la cinetica delle reazioni chimiche.
Autonomia di giudizio: sviluppare la capacità di ragionamento critico ed essere in grado di correlare i modelli teorici al comportamento delle molecole
Abilità comunicative: essere capaci di dimostrare la piena comprensione della materia con proprietà di linguaggio e rigore scientifico.
Capacità di apprendimento: dimostrare di aver sviluppato buone capacità di apprendimento ed approfondimento per comprendere i fenomeni e i processi chimico-fisici
Qualora l'emergenza Covid-19 lo richiedesse, ed in seguito a specifiche disposizioni dell'Ateneo, l'insegnamento potrebbe essere impartito in modalità mista o a distanza.
L'insegnamento è strutturato su tre diversi livelli:
- Lezioni frontali per l'introduzione alle esperienze di laboratorio
- Attività di laboratorio
- Esercitazioni al PC per il trattamento e l'interpretazione dei dati sperimentali
Conoscenze di base di matematica, fisica (meccanica classica, elettromagnetismo, ottica), chimica generale
Conoscenze di base di chimica, fisica e matematica.
La frequenza ai corsi è di norma obbligatoria.
Esenzioni motivate parziali o totali dalla frequenza, oltre a quelle previste dall'art. 27 del Regolamento Didattico di Ateneo, possono essere riconosciute dal Consiglio di Corso di Studi dietro presentazione di istanza motivata e riconosciuta tale dal Consiglio.
La frequenza ai corsi è di norma obbligatoria.
Esenzioni motivate parziali o totali dalla frequenza, oltre a quelle previste dall'art. 27 del Regolamento Didattico di Ateneo, possono essere riconosciute dal Consiglio di Corso di Studi dietro presentazione di istanza motivata e riconosciuta tale dal Consiglio.
I – La descrizione quantistica della struttura di atomi e molecole
II - Interazione radiazione-materia e spettroscopia molecolare
III – Cinetica chimica
Contenuti: Sicurezza in laboratorio, Analisi ed interpretazione dei dati sperimentali con cenni alla teoria degli errori, Cinetica chimica, Introduzione alla spettroscopia, Introduzione alla termodinamica delle superfici ed interfacce
Esperienze di laboratorio: Cinetica della iodurazione dell'acetone, Cinetica di idrolisi dell’acetato di etile, Verifica della legge di Stern-Volmer, Spettri FT-IR di composti carbonilici in fase solida e liquida, Spettro elettronico di assorbimento dello iodio, Spettro elettronico di assorbimento di polieni coniugati, Spettri di assorbimento, eccitazione e fluorescenza dell'antracene, Calcolo dell’ energia libera di superficie, Isoterme di Langmuir
Si sottolinea che lo studente è libero di utilizzare, in altenativa o in aggiunta ai testi proposti, qualunque altro testo di chimica fisica e di spettroscopia molecolare di livello universitario.
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
Il link al materiale didattico verrà fornito durante le lezioni
Gli studenti possono trovare il materiale didattico sul sito Studium relativo al corso.
Gli studenti, in accordo con il programma e con le tipologie di esperienze svolte nel corso, possono servirsi del supporto di qualsiasi testo ritengano opportuno.
CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1) | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | La descrizione quantistica della struttura di atomi e molecole | vedi sezione relativa ai testi di riferimento |
2 | Interazione radiazione-materia e spettroscopia molecolare | vedi sezione relativa ai testi di riferimento |
3 | Cinetica chimica | vedi sezione relativa ai testi di riferimento |
CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 2) | ||
Argomenti | Riferimenti testi | |
1 | Introduzione al corso | Dispense |
2 | Cinetica della iodurazione dell'acetone | P.W.Atkins, J. de Paula - Chimica Fisica – Zanichelli e Dispense |
3 | Cinetica di idrolisi dell’acetato di etile | P.W.Atkins, J. de Paula - Chimica Fisica – Zanichelli e Dispense |
4 | Verifica della legge di Stern-Volmer | Dispense |
5 | Spettri FT-IR di composti carbonilici in fase solida e liquida | D.A. McQuarrie, J.D. Simon - Chimica Fisica- Un approccio molecolare, Zanichelli e Dispense |
6 | Spettro elettronico di assorbimento dello iodio | D.A. McQuarrie, J.D. Simon - Chimica Fisica- Un approccio molecolare, Zanichelli e Dispense |
7 | Spettro elettronico di assorbimento di polieni coniugati | D.A. McQuarrie, J.D. Simon - Chimica Fisica- Un approccio molecolare, Zanichelli e Dispense |
8 | Spettri di assorbimento, eccitazione e fluorescenza dell’antracene | D.A. McQuarrie, J.D. Simon - Chimica Fisica- Un approccio molecolare, Zanichelli e Dispense |
9 | Calcolo dell’ energia libera di superficie | Dispense |
10 | Isoterme di Langmuir | Dispense |
L'esame, integrato con quello di laboratorio (modulo 2), è teso ad accertare (a) l'acquisizione dei concetti di base del corso e la capacità di collegarli tra loro e con gli esperimenti svolti in laboratorio; (b) la capacità di esporre chiaramente i concetti usando adeguatamente il linguaggio scientifico, (c) la capacità di utilizzare e interpretare quantitativamente i dati sperimentali applicando i concetti e le metodologie acquisiti durante il corso.
L'esame prevede una prova scritta pre-selettiva non preclusiva, atta a valutare l'acquisizione dei concetti di base minimi riguardanti le tre sezioni del programma, e la capacità di applicarli alla risoluzione di semplici problemi, di tipologia analoga a quelli svolti durante il corso. E' sconsigliato sostenere la prova orale se nella prova pre-selettiva si è ottenuto un punteggio inferiore a 15/30. La prova orale verterà sia sulla discussione di un'esperienza di laboratorio che su argomenti del corso teorico. Il voto finale terrà conto sia del risultato della prova orale e che delle relazioni di laboratorio.
Qualora l'emergenza Covid-19 lo richiedesse, le modalità di svolgimento dell'esame potrebbero subire delle modifiche, in accordo con le disposizioni delle autorità accademiche.
L'esame, integrato con il modulo 1, è teso ad accertare (a) l'acquisizione dei concetti di base del corso e la capacità di collegarli tra loro e con gli esperimenti svolti in laboratorio; (b) la capacità di esporre chiaramente i concetti usando usando adeguatamente il linguaggio scientifico, (c) la capacità di utilizzare e interpretare quantitativamente i dati sperimentali applicando i concetti e le metodologie acquisiti durante il corso.
L'esame prevede una prova scritta pre-selettiva non preclusiva, atta a valutare l'acquisizione dei concetti di base minimi riguardanti le tre sezioni del programma, e la capacità di applicarli alla risoluzione di semplici problemi, di tipologia analoga a quelli svolti durante il corso. E' sconsigliato sostenere la prova orale se nella prova pre-selettiva si è ottenuto un punteggio inferiore a 15/30. La prova orale verterà sia sulla discussione di un'esperienza di laboratorio che su argomenti del corso teorico. Il voto finale terrà conto sia del risultato della prova orale che delle relazioni di laboratorio.
Sono richieste le relazioni su tutte le esperienze svolte in laboratorio, da inviare al docente per via telematica (in formato word o pdf) almeno 15 giorni prima della data scelta per sostenere l'esame.
Qualora l'emergenza Covid-19 lo richiedesse, le modalità di svolgimento dell'esame potrebbero subire delle modifiche, in accordo con le disposizioni delle autorità accademiche.
Esempi di esercizi numerici:
Calcolare la costante di forza di una molecola biatomica nota la frequenza di assorbimento nell'IR
Calcolare la differenza di energia tra due livelli in un sistema assimilabile ad una buca di potenziale unidimensionale
Esempi di domande:
Il metodo del campo autocoerente
La molecola ione idrogeno
L'approssimazione di Born-Oppenheimer
Evidenze sperimentali del meccanismo con formazione di complesso in una reazione in fase gassosa.
- Descrivere le procedure di laboratorio atte a verificare la legge di Stern Volmer
- Quale è la relazione tra la bagnabilità della superficie e la sua energia libera?
- Cosa si intende per transizione permessa?
- Descrivere l'andamento dello spettro di assorbimento nel visibile dello I2 e motivarlo da un punto di vista teorico.