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Oggetto:
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Metodi Spettoscopici e di Microscopia con laboratorio

Oggetto:

Anno accademico 2011/2012

Codice dell'attività didattica
MFN1257
Corso di studi
Scienza e Tecnoogia dei Materiali-Indirizzo Industriale
Anno
3° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

L’obiettivo è quello di fornire agli studenti, che già conoscono il linguaggio e i fondamenti del legame chimico e della strutturistica, gli strumenti per comprendere, interpretare e prevedere le proprietà dei materiali sulla base dell’analisi delle loro caratteristiche morfologico-strutturali.

Il corso si propone di fornire agli studenti un’introduzione (teorica e sperimentale) alle spettroscopie fondamentali vibrazionali (IR, Raman) ed elettroniche (UV-vis, luminescenza) applicate a sistemi semplici in fase omogenea (solida, liquida, gas) ed eterogenea, una introduzione a tecniche microscopiche nuove (AFM) e più tradizionali (SEM, HRTEM) per la caratterizzazione delle proprietà e della morfologia/struttura dei materiali. Verranno inoltre forniti elementi della teoria dei gruppi per l’interpretazione degli spettri vibrazionali.

Lo studente dovrà essere in grado di realizzare semplici esperimenti in laboratorio, comprendere e saper spiegare i risultati ottenuti, avendo acquisito i concetti di base delle spettroscopie fondamentali (IR, UV-vis) e delle tecniche microscopiche (AFM, SEM, HRTEM) utilizzate.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

L’allievo dovrà essere in grado di saper:

 - conoscere le modalità di acquisizione di semplici esperimenti di spettroscopia (IR, UV-Visibile);

-  interpretare gli spettri roto-vibrazionali ed elettronici di molecole in fase gas e liquida, gli spettri       vibrazionali ed elettronici di solidi, gli spettri di sistemi in fase eterogenea gas-solido, al fine di comprendere le proprietà di superficie dei solidi;

- analizzare le immagini ottenute con microscopie AFM, SEM e HRTEM al fine di comprendere le proprietà morfologiche e strutturali di materiali solidi

Oggetto:

Programma

Introduzione alle spettroscopie rotazionali IR e Raman: rotatore sferico e cenni al rotatore lineare, analisi degli spettri rotazionali. Spettroscopia vibrazionale e roto-vibrazionale, regole di sezione, modi normali di vibrazione nelle molecole. Richiami di teoria dei gruppi. Modalità di misura di spettri roto-vibrazionali: strumentazione e modalità operative.

Acquisizione di spettri IR rotovibrazionali di molecole in fase gas e spettri IR vibrazionali di sistemi in fase condensata (idrocarburi saturi ed insaturi, sali inorganici) e di sistemi eterogenei: solido-gas.

 Introduzione alle spettroscopie elettroniche (UV-Vis): assorbimento, emissione, riflessione, diffusione in molecole e solidi. Tipi di transizioni elettroniche, origine del colore in complessi di metalli di transizione e nelle molecole organiche; centri di colore; cenni alla teoria del campo cristallino; transizioni in materiali con struttura a bande: metalli e semiconduttori, coefficiente di assorbimento per transizioni dalla banda di valenza a quella di conduzione in semiconduttori. Meccanismi di diseccitazione di stati eccitati elettronicamente (fluorescenza, fosforescenza e dissociazione). Fosfori. Laser: cavità e caratteristiche modali. Esempi di laser in fase solida, gas, chimici, ad eccimeri, a coloranti, a semiconduttore.

Acquisizione di spettri elettronici UV-visibile di: ossidi, semiconduttori, (determinazione di energy gap, effetto delle dimensioni delle particelle e del drogaggio sulle transizioni elettroniche); sali inorganici (bande di trasferimento di carica metallo-legante e viceversa, effetto del tipo di reticolo sulle transizioni elettroniche del catione, origine del colore in sali con elementi di transizione); sistemi eterogenei: solido-gas.

Elementi di microscopie a sonda (SPM) e scansione elettronica (SEM). Acquisizione di immagini e analisi della morfologia di materiali con AFM,  SEM e HRTEM.

Introduction to IR and Raman rotational spectroscopies: spherical rotator and mention of symmetric and linear rotators; analysis of rotational spectra. IR vibrational and roto-vibrational spectroscopy: selection rules, vibration normal modes of molecules. Principles of groups theory. Acquisition methods of IR spectra; components of IR and Raman spectrometers.

Acquisition of IR rotovibrational spectra of gas molecules and vibrational spectra of systems in condensed phases (saturated and unsaturated hydrocarbons, inorganic salts) and heterogeneous systems (gas-solid interaction).

Introduction to electron spectroscopies: UV-visible: absorption, emission, reflection for molecules and solids. Types of electronic transitions; origin of colour in metal ions complexes and in organic molecules; colour centers; principles on the crystalline field theory; transition in materials with band structure: metals and semiconductors; absorption coefficient of transitions from valence band to conduction band in semiconductors. Processses of deexcitation of electron excited states (fluorescence, phosphorescence and dissociation). Phosphors. Lasers: cavity and modal features. Examples of lasers: solid phase lasers, gas phase lasers, chemical lasers, excimers lasers, dyes lasers, semiconductor lasers.

Acquisition of UV-visible spectra of: oxides; semiconductors (evaluation of energy gap, effect of particle sizes and doping on electron transitions); inorganic salts (metal-ligand charge transfer bands, effect of the nature of the network on electron transitons of cations, origin of  the colour in transition metal containing salts); heterogeneous systems: gas-solid interactions.

 Principles of scanning probe (SPM) and scanning electron (SEM) microscopies. Acquisition of images and analysis of material morphology by means of AFM, SEM and HRTEM.

Testi consigliati e bibliografia

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- dispense fornite dai docenti disponibili sul sito

- P. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica Zanichelli 2004

- D.A. McQuarrie, J.D.Simon,Chimica fisica-un approccio molecolare



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Note

Tipologia Insegnamento 

Lezioni frontali (32 ore) laboratorio (24 ore), esercitazioni in aula (8 ore)

Modalità dell'esame 

Prova orale, nella quale lo studente deve dimostrare di avere acquisito una comprensione globale della materia e di essere in grado di utilizzare gli strumenti teorici e pratici forniti, al fine di comprendere le esperienze condotte in laboratorio. In particolare il colloquio prevede la discussione di una relazione, basata sulla raccolta e commento di tutti gli esperimenti effettuati.

Propedeuticità  

Fondamenti di fisica classica e quantistica, meccanica quantistica, chimica fisica (struttura atomica, legame chimico, elementi di cristallogafia, principi di teoria delle bande.

Frequenza

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. La frequenza ai corsi di laboratorio è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste.

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Ultimo aggiornamento: 20/07/2012 16:06