Obiettivi formativi
Il Corso di Spettroscopia Applicata ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti di base della meccanica quantistica necessari per comprendere e utilizzare le metodologie spettroscopiche di interesse in ambito chimico.
D1 - Conoscenza e Capacità di comprensione:
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di conoscere i principi fondamentali dell'interazione tra la radiazione elettromagnetica e le molecole,
conoscere i concetti della spettroscopia molecolare; comprendere il linguaggio matematico necessario alla descrizione di fenomeni dipendenti dal tempo e dell'interazione radiazione-materia, comprendere le problematiche connesse ad esperimenti avanzati di spettroscopia ottica.
D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente avra' la capacità di comprendere la letteratura scientifica di riferimento, e comprendere le relazioni tra struttura molecolare, struttura elettronica e proprietà spettroscopiche; Lo studente sarà in grado di scegliere e utilizzare le principali tecniche di spettroscopia ottica per analizzare e caratterizzare le proprietà di sistemi molecolari.
D3 - Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di analizzare e valutare autonomamente la scelta delle migliori tecniche spettroscopiche da utilizzare per la caratterizzazione di materiali e di sistemi molecolari. Sarà in grado di interpretare i risultati sperimentali.
D4 – Abilità comunicative
Lo studente sarà in grado di comunicare e commentare su problematiche relative alle spettroscopia ottica e alle sue applicazioni in ambito interdisciplinare con fisici,
biologi e scienziati dei materiali.
D5 -
Lo studente sarà in grado di approfondire e estendere le proprie conoscenze utilizzando le risorse bibliografiche, articoli scientifici e review su argomenti piu' specialistici.
Prerequisiti
Si richiede la conoscenza di base della meccanica quantistica e delle sue applicazioni in chimica.
Contenuti dell'insegnamento
Concetti di base:
- Lo spettro elettromagnetico;
- Teoria macroscopica dell'Assorbimento
Parte I:
- Meccanica Quantistica dipendente dal tempo
- Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo: Regola d'oro di Fermi
- Assorbimento ed emissione
- Spettroscopia elettronica
- Spettroscopia vibrazionale
- Spettroscoia Raman
Parte II (Applicazioni ed Esercitazioni:
- Spettroscopia elettronica: Spettri di Assorbimento, Fluorescenza ed Eccitazione, tempi di vita
- Spettroscopia Vibrazionale IR di sistemi molecolari e cristallini
- Spettroscopia e Imaging Raman di sistemi molecolari e cristallini
Programma esteso
Introduzione:
- La natura della radiazione elettromagnetica: Lo spettro elettromagnetico; Polarizzazione della luce;
- Propagazione della luce nella materia:Rifrazione, Riflessione, Assorbimento ed Emissione. Scattering.
- Teoria macroscopica dell'assorbimento (Legge di Lambert-Beer)
Parte I
- Meccanica Quantistica dipendente dal tempo:Teoria delle perturbazioni dipendente dal tempo.
- Hamiltoniano di interazione radiazione elettromagnetica e materia: Regola d'oro di Fermi; approssimazione di dipolo elettrico.
- Probabilità di transizione: Assorbimento; densita' degli stati fotonici, emissione spontanea e stimolata. Forza dell'oscillatore.
- Spettroscopia elettronica: Eccitazioni molecolari, profili di banda e fattori di Franck-Condon
- Spettroscopia vibrazionale
- Diffusione (Scattering della luce): trattamento qualitativo; interazione tra radiazione elettromagnetica e momento di dipolo indotto: processi a due-fotoni.
- Spettroscopia Raman: tensore polarizzabilità; Raman risonante. SERS e TERS.
Parte II (Applicazioni ed esercitazioni in laboratorio)
- Spettroscopia elettronica: assorbimento e emissione. Fluorescenza e Fosforescenza, Regola di Kasha e profili di eccitazione. Tempi di vita.
- Spettroscopia IR di materiali cristallini; spettroscopia IR di superfici (ATR e IRRAS)
- Spettroscopia Raman di materiali cristallini e materiali polimerici: Regole di selezione e simmetria di gruppo fattore.
- Raman Imaging
Bibliografia
G.C.Schatz, M.A.Ratner, "Quantum Mechanics in Chemistry", Dover (2002) (prima parte)
J. McHale, "Molecular Spectroscopy" CRC Press (2017)
J.I Steinfeld "Molecules and Radiation" Dover (2005)
Metodi didattici
Il corso di 48 CFU utilizzerà una prima parte di lezioni frontali e lezioni di stampo euristico socratico per stimolare gli studenti nel seguire puntualmente gli argomenti trattati.
Nella seconda parte del corso si fara' ampio uso di esercitazioni in aula e in laboratorio per mettere in pratica e approfondire i concetti acquisiti precedentemente.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale per la verifica delle conoscenze, della capacità di comprensione e della capacita' critica. La prova si articola in due domande, una specifica su un argomento a scelta dello studente che deve essere trattata in maniera approfondita e organizzata dallo studente stesso e una seconda di carattere piu' generale relativa ai concetti di base della spettroscopia ottica.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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