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Oggetto:
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Metodi Spettoscopici e di Microscopia con laboratorio

Oggetto:

Spectroscopy and Microscopy methods with laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2013/2014

Codice dell'attività didattica
MFN1257
Docente
Prof. Domenica Scarano (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali-Indirizzo Industriale
Anno
3° anno
Periodo didattico
Primo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Modalità d'esame
Colloquio che prevede la discussione di una relazione, basata sulla raccolta e commento di tutti gli esperimenti effettuati. 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.
Prerequisiti
Fondamenti di fisica classica e quantistica, meccanica quantistica, chimica fisica (struttura atomica, legame chimico, elementi di cristallogafia, principi di teoria delle bande.
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Sommario insegnamento

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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

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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

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)

 

 

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: 01/07/2014 12:13