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⁺).
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⁺).
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
Vengono valutate le relazioni sulla parte di laboratorio computazionale che andranno consegnate almeno una settimana prima rispetto alla data dell'appello d'esame.
La prova orale consiste in una prima parte di discussione sulle 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.
Sustainable Development Goals
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+).
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+).
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 on the computational laboratory part, which are expected to be delivered at least one week before the date of the exam session, are evaluated.
The oral exam consists of a first part of discussion on the report. Then some questions are asked both of a general nature and more in detail on the topics covered during the lectures and on the contents of the exercises carried out in the laboratory.
Office hours
The professor receives appointment.
Sustainable Development Goals
Staff
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Cristiana Di Valentin
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Daniele Perilli
