DIPARTIMENTO DI SCIENZE CHIMICHE
Corso di laurea in Chimica
Anno accademico 2016/2017 - 2° anno

CHIMICA FISICA II E LABORATORIO M - Z

Docenti titolari dell'insegnamento

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)
  

  Il corso si propone di fornire agli studenti conoscenze specifiche relative all'impiego delle tecniche spettroscopiche che sono essenziali per lo studio e la comprensione dei principi chimico-fisici che governano la chimica, 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 dello studente avverrà sia mediante monitoraggio delle attività di laboratorio svolte sia mediante la redazione di relazioni. Mediante esperienze didattiche di laboratorio al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare il ragionamento deduttivo e di interpretare i dati sperimentali.

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)
  

  Lo studente deve aver conseguito una buona preparazione nei corsi precedenti di Chimica, Fisica e Matematica e possedere una buona conoscenza del calcolo scientifico.

Frequenza lezioni

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  

  Obbligatoria (almeno 60% di presenze)

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)
  

  ESPERIENZE DI CINETICA CHIMICA

  IODURAZIONE DELL’ACETONE
  IDROLISI DELL’ACETATO DI ETILE
  VERIFICA DELLA LEGGE DI STERN-VOLMER
  Ru(bpy)3]Cl2 con quencher (Q) fenotiazina

   

  ESPERIENZE DI SPETTROSCOPIA
  SPETTRI FT-IR DI COMPOSTI CARBONILICI IN FASE SOLIDA E LIQUIDA

  SPETTRO ELETTRONICO DI ASSORBIMENTO DELLO I₂

  SPETTRO ELETTRONICO DI ASSORBIMENTO DI POLIENI CONIUGATI

   

  ESPERIENZE DI TERMODINAMICA DELLE SUPERFICI
  ISOTERME DI LANGMUIR-BLODGETT

  CALCOLO DELL’ ENERGIA LIBERA DI SUPERFICIE

Testi di riferimento

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  
  1. Dispense e lucidi delle lezioni fornite dal docente
  2. D.A. Mc.Quarrie, J.D. Simon – CHIMICA FISICA un approccio molecolare - Zanichelli
  3. P.W. Atkins, J. de Paula - Chimica fisica - Zanichelli
  4. J.M. Hollas, MODERN SPECTROSCOPY - Wiley

Altro materiale didattico

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  

  http://www.dipchi.unict.it/cat/docenti/satriano-cristina-2/

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  

  Scritto ed orale.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  

  1 prova in itinere durante il corso con 3 quesiti scritti relativi agli argomenti trattati a lezione. Il superamento della prova comporterà nella prova scritta finale solo la presenza di argomenti relativi alla seconda parte del programma. Il non superamento della prova in itinere non preclude la partecipazione alla prova di fine corso, dove però la prova scritta potrà riguardare l'intero programma.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  

  L'esame, integrato per gli studenti della Laurea in Chimica, con l'esame di Laboratorio di Chimica Fisica II, viene condotto per verificare (a) l'acquisizione dei concetti di base della meccanica quantistica e della loro applicazione ai problemi di interesse chimico; (b) la capacità dello studente di esporre i concetti in modo chiaro, usando adeguatamente il linguaggio tecnico-scientifico, (c) la capacità di affrontare problemi chimici usando gli strumenti formali della meccanica quantistica; (d) per la parte di laboratorio la capacità di estrarre informazione dall'analisi di dati.

  L'esame prevede una pre-selezione sulla base di una prova scritta atta a valutare se lo studente conosce i concetti di base, seguita da prova orale per gli studenti ammessi. La prova orale è costituita da una domanda relativa ad un'esperienza di laboratorio e ulteriori domande su argomenti del corso teorico. Per superare l'esame lo studente deve dimostrare una padronanza minima della materia in termini sia di contenuti che di abilità espressive.

• CHIMICA FISICA II E LABORATORIO (Mod. 1)
  

  - Il metodo degli orbitali molecolari e applicazione alla molecola ione idrogeno.

  - Modi normali di un sistema poliatomico e spettri vibrazionali.