Course Syllabus
Obiettivi
Lo scopo del corso è di introdurre lo studente alla spettroscopia vibrazionale, elettronica e magnetica facendo uso estensivo della teoria dei gruppi e della meccanica quantistica come strumenti essenziali per la pratica moderna della spettroscopia sui complessi di metalli di transizione.
Contenuti sintetici
Parte I: Teoria dei gruppi e teoria degli orbitali molecolari. Parte II: Introduzione alla spettroscopia. Spettroscopia vibrazionale. Esercitazione I (Analisi dello spettro vibrazionale di Mn(CO)5Br). Parte III: Metodi di calcolo quantomeccanici (Teoria del funzionale della densità). Parte IV: Spettroscopia UV-visibile. Esercitazione II (Analisi dello spettro UV-vis di [Ti(H2O)6]3+). Parte V: Spettroscopia EPR. Esercitazione III (Analisi dello spettro EPR di [Ti(H2O)6]3+) ed Esercitazione IV (Analisi dello spettro EPR di N2- in solidi ionici: KCl e MgO).
Programma esteso
Parte I: Teoria dei gruppi. Gruppi puntuali. Simmetria. Tabelle dei caratteri. Rappresentazioni riducibili e irriducibili. Formula di decomposizione. Teoria degli orbitali molecolari. LCAO. Teoria delle perturbazioni. Operatori di proiezione. Parte II: Introduzione alla spettroscopia. Spettroscopia vibrazionale. Momento di dipolo di transizione. Regole di selezione di simmetria. Modi normali di vibrazione. Esercitazione I (Analisi dello spettro vibrazionale di Mn(CO)5Br). Parte III: Metodi di calcolo quantomeccanici. Funzioni di base. Ripasso della teoria Hartree-Fock. Fondamenti della teoria del funzionale della densità (DFT). Formalismo di Kohn-Sham. Tipi di funzionali di scambio e correlazione. Parte IV: Spettroscopia UV-visibile. Transizioni elettroniche. Principio di Franck-Condon. Forza del dipolo di transizione. Regole di selezione di spin e di simmetria. Forza dell’oscillatore. Simboli di termine. Campo cristallino. Effetto Jahn-Teller. Transizioni d-d. Accoppiamento vibronico. Diagrammi di Orgel e di Tanabe Sugano. Serie spettrochimica. Calcolo delle energie di eccitazione con Time-Dependent DFT (TD-DFT). Esercitazione II (Analisi dello spettro UV-vis di [Ti(H2O)6]3+). Parte V: Spettroscopia EPR. Magnetismo. Effetto Zeeman. Interazione iperfine. Accoppiamento spin-orbita. Tensore g. Tensore iperfine A. Isotropia e anisotropia. Esercitazione III (Analisi dello spettro EPR di [Ti(H2O)6]3+). Esercitazione IV (Analisi dello spettro EPR di N2- in solidi ionici: KCl e MgO).
Prerequisiti
Conoscenze di meccanica quantistica.
Modalità didattica
Lezioni in aula con
presentazione powerpoint ed esercitazioni in laboratorio computazionale.
Materiale didattico
Materiale didattico in forma di slide e appunti fornito dal docente.
Testi: Symmetry and spectroscopy by D. C. Harris and M. D. Bertolucci (Dover).
Physical methods in chemistry by R. S. Drago (Saunders).
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Le relazioni vanno consegnate almeno una settimana prima rispetto alla data dell'appello d'esame.
Vengono valutate le relazioni sulle esercitazioni, sia quelle computazionali svolte nel laboratorio informatico, sia quelle sperimentali svolte nel laboratorio chimico con una votazione in trentesimi. Questa valutazione deve essere superiore o uguale a 18/30 per essere ammessi alla prova orale.
La prova orale consiste in una prima parte di discussione di eventuali errori o mancanze nelle relazioni. Successivamente vengono poste alcune domande sia di natura generale che più di dettagli sugli argomenti svolti in aula durante le lezioni frontali sia sui contenuti delle esercitazioni svolte in laboratorio.
Orario di ricevimento
Il docente riceve previo appuntamento.
Aims
The course aims at introducing the student to vibrational, electronic and magnetic spectroscopy making extensive use of group theory and quantum mechanics as essential tools to the modern practice of spectroscopy for transition metal complexes.
Contents
Part I: Group theory and molecular orbitals theory. Part II: Introduction to spettroscopy. Vibrational spectroscopy. Practical exercise I (Analysis of the vibrational spectrum of Mn(CO)5Br). Part III: Quantum mechanical methods (Density Functional Theory). Part IV: UV-vis spectroscopy. Practical exercise II (Analysis of the UV-vis spectrum of [Ti(H2O)6]3+). Part V: EPR spectroscopy. Practical exercise III (Analysis of the EPR spectrum of [Ti(H2O)6]3+) and Practical exercise IV (Analysis of the EPR spectrum of N2- in ionic solids: KCl e MgO).
Detailed program
Parte I: Group theory. Point groups. Symmetry. Character tables. Reducible and irreducible representations. Decomposition formula. Molecular orbitals theory. LCAO. Perturbation theory. Projection operators. Part II: Introduction to spettroscopy. Vibrational spectroscopy. Transition dipole moment. Symmetry selection rules. Normal modes of vibration. Practical exercise I (Analysis of the vibrational spectrum of Mn(CO)5Br). Part III: Quantum mechanical methods. Basis sets. Review of Hartree-Fock theory. Fundaments of density functional theory. Kohn-Sham formalism. Types of exchange and correlation functionals. Part IV: UV-vis spectroscopy. Electronic transitions. Franck-Condon principle. Strength of the transition dipole moment. Spin and symmetry selection rules. Oscillator strength. Term symbols. Crystal field. Jahn-Teller effect. d-d transitions. Vibronic coupling. Orgel and Tanabe-Sugano diagrams. Spectrochemical Series. Excitation energy calculation with time-dependent DFT (TD-DFT). Practical exercise II (Analysis of the UV-vis spectrum of [Ti(H2O)6]3+). Part V: EPR spectroscopy. Magnetism. Zeeman effect. Hyperfine interaction. Spin-orbit coupling. g tensor. A hyperfine tensor. Isotropy and anisotropy. Practical exercise III (Analysis of the EPR spectrum of [Ti(H2O)6]3+). Practical exercise IV (Analysis of the EPR spectrum of N2- in ionic solids: KCl e MgO).
Prerequisites
Knowledge
of quantum mechanics.
Teaching form
Lectures in the class with PowerPoint presentations and practical exercises in the computational lab.
Textbook and teaching resource
Teaching resources in terms of slides and notes.
Textbooks: Symmetry and spectroscopy by D. C. Harris and M. D. Bertolucci (Dover).
Physical methods in chemistry by R. S. Drago (Saunders).Semester
Second semester.
Assessment method
The reports must be delivered at least one week before the date of the exam session.
The reports on the exercises and practicals, both the computational ones carried out in the computer lab, and the experimental ones carried out in the chemical laboratory are evaluated with a score in thirtieths. This assessment must be equal to or higher than 18/30 to be admitted to the oral exam.
The oral exam consists of a first part of discussion on possible errors or lacks present in the reports. Subsequently, some questions are asked of both a general nature or more detailed on the topics developed in the classroom during the lectures or on the contents of the lab exercises.Office hours
The professor receives appointment.
Staff
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Cristiana Di Valentin