Course Syllabus
Obiettivi
Il corso si propone di fornire agli studenti gli strumenti concettuali avanzati della chimica inorganica, approfondendo i temi della simmetria, degli orbitali molecolari e delle proprietà elettroniche e magnetiche. Tali principi saranno applicati alla comprensione e alla caratterizzazione spettroscopica di composti di coordinazione e solidi inorganici.
- Conoscenze e capacità di comprensione
Il corso mira a sviluppare un approccio critico nell'analisi e nella comprensione dei fenomeni della chimica inorganica avanzata. Al termine delle lezioni, lo studente avrà acquisito una solida padronanza dei modelli teorici e degli strumenti interpretativi della disciplina. - Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di applicare gli strumenti della simmetria molecolare e dell'analisi delle proprietà elettroniche e magnetiche per interpretare e risolvere problemi complessi relativi ai sistemi inorganici, correlando i modelli teorici con i dati sperimentali. - Autonomia di giudizio
Il corso mira a sviluppare la capacità di raccogliere e interpretare criticamente dati teorici e sperimentali, finalizzandoli alla risoluzione di problemi complessi relativi alle proprietà molecolari e spettroscopiche dei sistemi inorganici. Lo studente saprà integrare le conoscenze acquisite per formulare giudizi autonomi e conclusioni scientificamente fondate, anche a fronte di quadri informativi incompleti. - Abilità comunicative
Il corso promuove l'acquisizione di un linguaggio scientifico rigoroso e appropriato. Lo studente sarà stimolato, sia durante le attività didattiche sia in sede di esame orale, a esporre concetti chimici complessi con proprietà di linguaggio, chiarezza espositiva e l'utilizzo della corretta terminologia specialistica. - Capacità di apprendimento
Lo studente sviluppa quelle capacità di apprendimento che sono necessarie per intraprendere studi successivi e attività di ricerca per lo più in modo auto-diretto o autonomo.
Contenuti sintetici
Fondamenti: Teoria dei gruppi, Gruppi puntuali, Simmetria, Tabelle dei caratteri, Rappresentazioni riducibili e irriducibili. Teoria degli orbitali molecolari e Teoria delle perturbazioni. Teoria del campo cristallino e Teoria del campo dei leganti. Magnetismo.
Metodi fisici in chimica inorganica: Spettroscopia elettronica, Spettroscopia vibrazionale, Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, Spettroscopia di risonanza magnetica elettronica.
Stato solido di composti inorganici: Sintesi e proprietà di alcune classi di solidi inorganici, difetti, strutture micro e macroporose, materiali a bassa dimensionalità, nanostrutture, nanoparticelle.
Laboratorio: esperienze di analisi e riconoscimento delle simmetrie in sistemi inorganici con software dedicati.
Programma esteso
Fondamenti: Teoria dei gruppi, Gruppi puntuali, Simmetria, Elementi/Operazioni, Rappresentazione matriciale, Tabelle dei caratteri, Rappresentazioni riducibili e irriducibili. Teoria degli orbitali molecolari, LCAO, Operatori di proiezione, Teoria delle perturbazioni. Teoria del campo cristallino e Teoria del campo dei leganti. Magnetismo e relative interazioni (campo magnetico, spin elettronico – spin nucleare, spin-orbita).
Metodi fisici in Chimica inorganica: Spettroscopia elettronica (transizioni elettroniche, principio di Franck-Condon, forza del dipolo di transizione, regole di selezione di spin e di simmetria, simboli di termine, effetto Jahn-Teller, transizioni d-d, accoppiamento vibronico, diagrammi di Orgel e di Tanabe Sugano, serie spettrochimica), Spettroscopia vibrazionale (momento di dipolo di transizione, regole di selezione di simmetria, modi normali di vibrazione), Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (nuclei attivi, chemical shift, processi e meccanismi di rilassamento, tempi di rilassamento), Spettroscopia di risonanza magnetica elettronica (effetto Zeeman, interazione iperfine, accoppiamento spin-orbita, tensore g, tensore iperfine, anisotropia).
Stato solido di composti inorganici: Sintesi e proprietà di alcune classi di solidi inorganici, difetti, strutture micro e macroporose (zeoliti, MOF), materiali a bassa dimensionalità (grafene, materiali 2D), nanostrutture e nanoparticelle (oro, ossidi o a base di carbonio).
Laboratorio: tre esperienze di analisi e riconoscimento delle simmetrie in sistemi inorganici con software dedicati.
Prerequisiti
Conoscenze di base di chimica generale, chimica fisica e di chimica ionorganica.
Modalità didattica
28 lezioni da 2 ore in presenza, Didattica Erogativa
3 attività di laboratorio da 4 ore in presenza con frequenza obbligatoria, Didattica Interattiva
Materiale didattico
Materiale didattico in forma di slide e appunti fornito dal docente.
Testi:
Physical methods in chemistry by R. S. Drago (Saunders).
Symmetry and spectroscopy by D. C. Harris and M. D. Bertolucci (Dover).
Solid state chemistry by L. E. Smart and E. A. Moore (CRC Press).
Inorganic Chemistry by J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter (Harper Collins).
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Dalla pausa didattica del primo semestre alla pausa didattica del secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consiste in una test preliminare di riconoscimento della simmetria di un composto e in una prova orale sugli argomenti svolti in aula durante le lezioni frontali.
La valutazione positivi (18-30L) viene stabilita secondo i seguenti criteri:
18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che, nel caso della prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata;
20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;
24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;
28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline.
Orario di ricevimento
Il docente riceve su appuntamento.
Sustainable Development Goals
Aims
The course aims to provide students with advanced conceptual tools in inorganic chemistry, exploring the topics of symmetry, molecular orbitals, and electronic and magnetic properties. These principles will be applied to the understanding and spectroscopic characterization of coordination compounds and inorganic solids.
- Knowledge and Understanding
The course aims to develop a critical approach to the analysis and understanding of advanced inorganic chemistry phenomena. By the end of the course, students will have acquired a solid mastery of the theoretical models and interpretative tools of the discipline. - Applied Knowledge and Understanding
By the end of the course, students will be able to apply the tools of molecular symmetry and the analysis of electronic and magnetic properties to interpret and solve complex problems related to inorganic systems, correlating theoretical models with experimental data. - Independent Judgment
The course aims to develop the ability to collect and critically interpret theoretical and experimental data, using them to solve complex problems related to the molecular and spectroscopic properties of inorganic systems. Students will be able to integrate their acquired knowledge to formulate independent judgments and scientifically based conclusions, even when faced with incomplete information. - Communication Skills
The course promotes the acquisition of rigorous and appropriate scientific language. Students will be encouraged, both during lectures and in the oral exam, to present complex chemical concepts with appropriate language, clarity, and the use of appropriate specialized terminology. - Learning Skills
Students develop the learning skills necessary to undertake further studies and research activities, mostly on a self-directed or independent basis.
Contents
Fundamentals: Group theory, point groups, symmetry, character tables, reducible and irreducible representations. Molecular orbital theory and perturbation theory. Crystal field theory and ligand field theory. Magnetism.
Physical methods in inorganic chemistry: Electron spectroscopy, vibrational spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy, electron magnetic resonance spectroscopy.
Solid state of inorganic compounds: Synthesis and properties of some classes of inorganic solids, defects, micro- and macroporous structures, low-dimensional materials, nanostructures, nanoparticles.
Laboratory: Experiments in analyzing and recognizing symmetries in inorganic systems using dedicated software.
Detailed program
Fundamentals: Group theory, point groups, symmetry, elements/operations, matrix representation, character tables, reducible and irreducible representations. Molecular orbital theory, LCAO, projection operators, perturbation theory. Crystal field theory and ligand field theory. Magnetism and related interactions (magnetic field, electronic spin – nuclear spin, spin-orbit).
Physical Methods in Inorganic Chemistry: Electronic Spectroscopy (electronic transitions, Franck-Condon principle, transition dipole strength, spin-selection and symmetry rules, term symbols, Jahn-Teller effect, d-d transitions, vibronic coupling, Orgel and Tanabe-Sugano diagrams, spectrochemical series), Vibrational Spectroscopy (transition dipole moment, symmetry selection rules, normal modes of vibration), Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (active nuclei, chemical shift, relaxation processes and mechanisms, relaxation times), Electron Magnetic Resonance Spectroscopy (Zeeman effect, hyperfine interaction, spin-orbit coupling, g-tensor, hyperfine tensor, anisotropy).
Solid state of inorganic compounds: Synthesis and properties of some classes of inorganic solids, defects, micro- and macroporous structures (zeolites, MOFs), low-dimensional materials (graphene, 2D materials), nanostructures and nanoparticles (gold, oxides, or carbon-based).
Laboratory: Three experiments analyzing and recognizing symmetries in inorganic systems using dedicated software.
Prerequisites
Basic knowledge of general, physical and inorganic chemistry.
Teaching form
28 two-hour lectures in person, Delivered Didactics
3 four-hour lab activities in person with mandatory attendance, Interactive Teaching
Textbook and teaching resource
Teaching resources in terms of slides and notes.
Textbooks:
Physical methods in chemistry by R. S. Drago (Saunders).
Symmetry and spectroscopy by D. C. Harris and M. D. Bertolucci (Dover).
Solid state chemistry by L. E. Smart and E. A. Moore (CRC Press).
Inorganic Chemistry by J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter (Harper Collins).
Semester
From the teaching break of the first semester to the teaching break of the second semester.
Assessment method
The exam consists of a preliminary test to recognize the symmetry of a compound and an oral exam on the topics covered in class.
A passing grade (18-30L) is determined according to the following criteria:
18-19: knowledge of a limited number of topics covered in the course syllabus, with limited discussion and analysis skills that, in the oral exam, emerge only with the instructor's assistance and questions; presentation skills and vocabulary not always correct, with limited critical thinking skills;
20-23: knowledge of a portion of the topics covered in the course syllabus, independent analysis skills only on purely practical and executive issues, use of correct, though not entirely accurate and clear, vocabulary, and sometimes uncertain presentation skills;
24-27: knowledge of a wide range of topics covered in the course syllabus, ability to independently conduct argumentation and critical analysis, ability to apply knowledge to contexts and connect themes to concrete cases, use of correct vocabulary, and proficiency in the use of disciplinary language;
28 – 30/30L: complete and comprehensive preparation on the exam topics, ability to independently address and critically analyze topics, ability to reflect and self-reflect, and ability to connect themes to concrete cases and different contexts, excellent critical and independent thinking skills, full command of disciplinary vocabulary and rigorous and detailed presentation skills, ability to argue, reflect, and self-reflect, and ability to make connections to other disciplines.
Office hours
The professor receives by appointment.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Cristiana Di Valentin
-
Daniele Perilli
