Programma del Corso
1. Introduzione alla meccanica quantistica.
Fallimenti della meccanica classica. Dall'atomo di Rutherford all'equazione di Schrodinger. Il principio di indeterminazione. Operatori ed osservabili. Valor medio. Specificazione di stati. Lo spin. notazione di Dirac.
2.Soluzioni esatte dell'equazione di Schrodinger.
moto traslazionale, vibrazionale e rotazionale. L'atomo di idrogeno. Orbitali atomici. Atomi idrogenoidi.
3. Tecniche di approssimazione.
Teoria variazionale. Teoria perturbativa indipendente dal tempo.
4. Atomi multielettronici e struttura molecolare.
L'atomo di elio e la teoria perturbativa. Campi auto consistenti e orbitali di Hartree-Fock. Bohr-Oppenheimer approximation. Ipersuperfici di energia potenziale. Lo ione molecolare H2+. la molecola H2. teoria del legame di valenza. Teoria dell'orbitale molecolare. Elementi di teoria dei gruppi in chimica.
5. Fondamenti di spettroscopia e fotochimica.
Time-dependent perturbation theory. Regola d'oro di Fermi. Concetto di stato elettronico eccitati. Concetti base e definizioni di processi di diseccitazione di stati eccitati. Fondamenti di trasferimento elettronico, chemiluminescenza e spettroscopia di emissione.
Laboratorio:
INTRODUZIONE: Norme di sicurezza in laboratorio. Teoria degli errori applicata alle esperienze di laboratorio.
Calorimetria. Principi, strumentazione e determinazione sperimentale del potere calorifico di un campione incognito.
Determinazione della tensione superficiale. Introduzione e principi delle forze superficiali inter-fase con il Metodo dello stalagmometro.
Determinazione dell'energia di attivazione di una reazione.
Cenni di cinetica chimica e verifica della legge di Arrhenius.
Determinazione della conduttanza equivalente limite di un elettrolita forte.
Principi di polarimetria.
Determinazione polarimetrica della reazione di inversione del saccarosio.
Determinazione spettrofotometrica della costante cinetica di una reazione di primo ordine.
Principi e funzionamento di uno spettrofotometro - Attinometria - Determinazione spettrofotometrica della costante cinetica di una reazione in soluzione.
Spettrofluorimetria
Principi, funzionamento di uno spettrofluorimetro e sue applicazioni:
Course Syllabus
1. Introduction of quantum mechanics.
Introduction of quantum mechanics. Failures of classical mechanics. Black body radiation. Heat capacities. Photoelectric effect. Atomic spectra.
1.1. From Rutherford to Schrödinger equation. Rutherford Model. Modello di Rutherford. Bohr's description of atoms. The uncertainty principle. Operators. Eigenvalues equations. Time-independent Schrödinger equation. Time-dependent Schrödinger equation. Born's interpretations. Connections between classical and quantum mechanics. Limitation of Schrödinger equation. Spin.
1.2. Relationships between operators and observables. Average value of observables. Quantum mechanics and experimental values. Polarization of the photon. Hermitian operators. Dirac notation. Specification of states: complementarity. Time evolution and conservation law.
2. Exact solutions of Schrödinger equation.
Translational motion. Particle in a box. The two-dimensional square well. The harmonic oscillator. Potential barriers and tunnelling. Hermite polinomia. Rotational motion. Particle on a ring. Angular moments. Degeneration of states of the rotational motion. Rappresentation of functions. The auxiliary functions. Particle on a sphere. Spheric armonicas.
Motion in a Coulomb field: the hydrogen atom. Reduced mass. Radial motion. Effective potential. Laguerre associated functions. Quantum numbers. Degeneration. Radial nodes. Atomic orbitals. Hydrogenoid atoms.
3. Techniques of approximation.
Variation theory. Time-independent perturbation theory. First-order perturbations.
4. Multielectronic atoms and molecular structure.
The helium atom and the perturbation theory. Coulomb integrals. Self-consistent field. Hartree-Fock orbitals. Born-Oppenheimer approximation. Equilibrium conformation. Potential energy hypersurfaces. The molecular ion H2+. The hydrogen molecule. Bonding and antibonding molecular orbitals. Elements of Angular momenta of composite systems. Elements of Group theory in chemistry. Elements of molecular structures.
5. Fundaments of spectroscopy and photochemistry.
5.1. Light-matter interaction. Electronic transitions. Time-dependent perturbation theory. Fermi Golden Rule. Electronic matrix elements. Selection rules. Orbitals, states and transitions. Electronic ground and excited states. Franck-Condon principle.
5.2. Properties of electronically excited states. Jablonsky diagram. Intramolecular deactivation processes. Basics and definition of: Radiationless processes: vibrational relaxation, internal conversion, intersystem crossing. Radiative processes: fluorescence, phosphorescence: Kasha's rules. Emission spectroscopy. Bimolecular processes: excimers, exciplexes, energy transfer, electron transfer. Elements of electron transfer theory. Chemiluminescence.
Physical Chemistry Lab:
Summary of Contents: Safety. Theory of errors. Thermochemical experiments, physical equilibria, chemical equilibrium, chemical kinetics, elements of spectrophotometry and spectrofluorimetry.
INTRODUCTION: Safety in the laboratory. Error theory
Calorimetry. Calorific power of fuel. Berthelot-Mahler bomb calorimeter
Determination of surfac e tension: torsion balance method (6 h)
Reaction activation energy determination (Arrhenius). (10 h)
Equivalent conductivity of electrolytes in aqueous solution
Polarimetry in carbohydrate chemistry, especially in the analysis of sugar inversion.
Spectrophotometric Determination of kinetic constant for a first order reaction;
Actinometry;
Spectrofluorimetry principles and bimolecular quenching.