Course Syllabus
Obiettivi
Fornire agli studenti una introduzione ai principi chimico fisici della spettroscopia molecolare e descrivere i principi di funzionamento e le parti tecniche dei quali sono composti i principali spettrofotometri.
Conoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente conosce:
- le relazioni che intercorrono tra la spettroscopia e la meccanica quantistica
- i principali modelli quantomeccanici per interpretare gli spettri vibrazionali e rotazionali
-un metodo classico di descrizione del principio di funzionamento della spettroscopia Raman che permette una corretta interpretazione degli spettri Raman
- i principi di funzionamento dei vari componenti di uno spettrofotometro (sorgenti, separatori di lunghezze d’onda e rivelatori)
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- analizzare criticamente spettri vibrazionali, rotazionali e Raman
-ricavare da essi informazioni su proprietà chimico fisice delle molecole e non solo informazioni analitiche
- interfacciarsi con i principali strumenti di spettroscopia ed utilizzarli in maniera
consapevole e corretta
Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- scegliere il metodo spettroscopico più appropriato per lo studio del sistema di interesse;
-analizzare correttamente e criticamente uno spettro anche in relazione alla modalità di raccolta e
alle caratteristiche tecniche dello
strumento usato
Abilità comunicative
Saper descrivere in una relazione tecnica in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati delle analisi ed elaborazioni effettuate.
Capacità di apprendere
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di distinguere tra un uso analitico ed un uso chimico fisico della spettroscopia.
Contenuti sintetici
Descrizione e interpretazione degli spettri rotazionali, vibrazionali e Raman mediante meccanica quantistica attraverso modelli semplici. Raccolta ed analisi di spettri vibrazionali, rotazioni e di emissione e Raman di soluzioni e/o gas durante la parte di esercitazioni in laboratorio didattico
Programma esteso
Spettri molecolari rotazionali.
Spettri molecolari vibrazionali. Spettri rotovibrazionali, stati
roto-vibrazionali nell’approssimazione di Born-Oppenheimer e determinazione
quantitativa di parametri strutturali. Spettroscopia Raman. Spettroscopia
elettronica, Probabilità di transizione
e regole di selezione. Esecuzione di almeno tre esperienze di spettroscopia e
di elaborazione dati sui seguenti argomenti: determinazione di distanze di
legame mediante analisi degli spettri rotovibrazionali, misure di assorbimento
nell’UV-visibile per la determinazione di transizioni elettroniche, utilizzo
della spettroscopia Raman per determinare proprietà vibrazionali di molecole.
Aspetti tecnici degli strumenti che verranno utilizzati nella parte di
laboratorio.
Prerequisiti
Chimica Fisica II (in particolare La teoria della meccanica quantistica: principi e applicazioni , Equazione di Schroedinger). Fisica II (in particolare onde elettromagnetiche e loro interazione)
Modalità didattica
L’insegnamento prevede 4 CFU di lezioni frontali e 2 CFU esercitazioni in laboratorio. Nel laboratorio viene assegnato agli studenti, suddivisi in piccoli gruppi, il compito di raccogliere ed elaborare degli spettri con diversi spettrofotometri utilizzando le metodologie presentate nelle lezioni teoriche. Vengono anche proposte le metodiche per produrre un elaborato chiaro nel procedimento e accurato
Durante
l'emergenza COVID-19, le lezioni frontali saranno registrate o fatte in streaming e rese disponibili sulla pagine elearning . Durante l'emergenza COVID -19 il laboratorio sarà effettuato con numero ridotto di studenti per turno per mantenere il distanziamento sociale.
Materiale didattico
C. N. Banwell “Fundamentals of Molecular spectroscopy" 3rd Edition McGraw Hill Book Company
Dispensa “Guida alle esperienze di spettroscopia” S. Binetti- C. Greco (fornita dal docente )
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Terzo anno primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consiste in una prova orale preceduta da una consegna di una relazione scritta sulle esperienze di laboratorio. Per la stesura della relazione è indicato nella pagina elearning un format da seguire. La relazione può essere una per gruppo di lavoro o singola e va consegnata almeno una settimana prima della data di appello al docente del corso. La relazione verrà valutata in trentesimi e peserà per un terzo nel voto complessivo.
Al termine della lezioni frontali è prevista una prova parziale sui contenuti delle lezioni frontali. Tale prova parziale è scritta con di norma 4 o 5 domande aperte Se gli studenti superano questa prova parziale con un voto superiore a 22/30 durante l’esame finale se vogliono possono essere valutati solo sulla relazione e sulla parte relativa alle esperienze e al principio di funzionamento degli spettrofotometri. La valutazione delle prove tiene conto della completezza ed esattezza delle risposte, nonché' della chiarezza nella presentazione.
Il voto finale, espresso in trentesimi con eventuale lode, e' dato dalla media pesata della prova orale o parziale e della relazione
Nel periodo di emergenza Covid-19 gli esami orali saranno solo telematici. Verranno svolti utilizzando la piattaforma WebEx e nella pagina e-learning dell'insegnamento verrà riportato un link pubblico per l'accesso all'esame di possibili spettatori virtuali
A richiesta di studenti Erasmus gli esami possono essere fatti in lingua inglese
Orario di ricevimento
Tutti i giorni su prenotazione tramite e-mail
Aims
Knowledge and understanding
At the end of the course the student knows:
- the relationships between spectroscopy and quantum mechanics
- the main quantum mechanical models for interpreting vibrational and rotational spectra
- a classic method of describing the working principle of Raman spectroscopy which allows a correct interpretation of Raman spectra
- the principles of operation of the various components of a spectrophotometer (sources, wavelength separators and detectors)
Applied knowledge and understanding
At the end of the course the student is able to:
- analyze, critically a vibrational and rotational spectrum and a Raman spectrum
- obtain information from it on chemical and physical properties and not only the analytical ones
- use several spectrometers in a conscious way and correctly
At the end of the course the student is able to:
- choose the most appropriate spectroscopic method for the study of the system of interest;
- correctly and critically analyze a spectrum also in relation to the collection method and the technical characteristics of the instrument in question
Communication skills
Knowing how to describe in a technical report in a clear and concise way and orally present the objectives, the procedure and the results of the processing carried out with language properties.
Ability to learn
Being able to apply the acquired knowledge to different contexts from those presented during the course, and to distinguish between an analytical use and a chemical-physical use of spectroscopy.
Contents
Interpretation of Rotational spectra, vibrational spectra and Raman spectra by quantum mechanics concepts. Collection of spectra during the laboratory activities.
Detailed program
Rotational spectra. Vibrational spectra. Roto-vibrational spectra: roto-vibrational states in the Born-Oppenheimer approximation. Quantitative computation of structural parameters. Raman spectra. Electronic molecular spectra. Selection rules and transition probability. Different spectroscopic experiments and data elaborations will be carried out with a particular attention to technical aspects of instruments used. The arguments of the experiments are the following: determination of bond length of molecules by rotovibrational spectrum analysis collected by infrared (IR) spectroscopy; analysis of absorption spectra in UV-VIS region to determine electronic transitions of molecules; use of Raman spectroscopy to study vibrational signatures of molecules.
Prerequisites
Physical Chemistry II (in particular The theory of quantum mechanics: principles and applications, Schroedinger equation). Physics II (in particular electromagnetic waves and their interaction)
Teaching form
The course includes 4 CFU of lectures and 2 CFU exercises in the laboratory. In the laboratory students are assigned, divided into small groups, the task of collecting and processing spectra with different spectrophotometers using the methodologies presented in the theoretical lessons. Methods are also proposed to produce a clear and accurate elaborate in the process
During the COVID-19 emergency, lectures will be registered or doing in streaming and available online on the elearning platform .
The laboratory will be carried out with a reduced number of students for safety reason.
Textbook and teaching resource
C. N. Banwell “Fundamentals of Molecular spectroscopy" 3rd Edition McGraw Hill Book Company
Lecture notes “Guida alle esperienze di spettroscopia” S. Binetti- C. Greco (provided by the professor)
Semester
Third year, first (fall) semester
Assessment method
The exam consists of an oral exam preceded by the delivery of a written report on laboratory experiences. For the preparation of the report, guidelines will be provided to be followed. The report can be one per work group or single and must be delivered in paper form at least one week before the date of the oral exam. The report will be evaluated in thirtieths and will weight for one third of the final mark.
A written partial exam (with open questions) is scheduled at the end of the lectures, it will regard only the topics covered during the classroom lectures. Al the students that pass this partial test with a grade > 22/30 will be subsequently probed at the oral exam only with questions on the part of the course related to the laboratory experiences and on the principles of operation of the spectrophotometers. Also in this case, the evaluation of the laboratory report will weight for one third of the final mark.
For Erasmus student the oral exam can be given in Englsh
The evaluation of the tests (written or oral) takes into account the completeness and accuracy of the answers, as well as the clarity in the presentation
During
the Covid-19 emergency period, oral exams and the class presentation will
only be online. They will be carried out using the WebEx platform and on the
e-learning page of the course there will be a public link for access to the
examination of possible virtual spectators
Office hours
All days from Monday to Friday upon e-mail request
Staff
-
Simona Olga Binetti
-
Chiara Ferrara
-
Giorgio Tseberlidis