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Spettroscopie magnetiche e ottiche

Oggetto:

Magnetic and Optical Spectroscopies

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Anno accademico 2019/2020

Codice attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Docenti
Prof. Roberto Gobetto (Titolare del corso)
Prof. Giuseppe Spoto (Titolare del corso)
Prof. Mario Chiesa (Titolare del corso)
Corso di studio
Corso di Laurea Magistrale in Metodologie Chimiche Avanzate (D.M. 270)
Anno
1° anno
Tipologia
--- Nuovo Ordinamento ---
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Lingua
Italiano
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Il corso presenta le nozioni di base delle tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR) ed elettronica (EPR), e delle spettroscopie ottiche (vibrazionali ed elettroniche) con attenzione ad alcune applicazioni recenti.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Obiettivo del corso è quello di fornire allo studente le nozioni principali per poter interpretare con sicurezza i parametri fondamentali degli spettri NMR e EPR. Nella parte pratica verranno effettuati esperimenti NMR ed EPR e verranno interpretati i relativi spettri. Per la parte di spettroscopie ottiche l’obiettivo è l’approfondimento di nozioni già acquisite nei corsi della laurea triennale e l’introduzione ad applicazioni avanzate delle tecniche IR, Raman e UV-Vis.

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Programma

Argomento

Ore

Lez.

Ore

Esercit.

Ore Laboratorio

Totale Ore di Car. Didattico

Principi base della risonanza magnetica in trasformata di Fourier

4

 

 

 

I parametri NMR: chemical shift, costanti di accoppiamento, tempi di rilassamento

4

 

 

 

Nuclei della Tavola Periodica e proprietà NMR

2

 

 

 

Sequenze di impulso 1D e 2D

4

 

 

 

Interpretazione di spettri protonici e 13C

4

 

 

 

Principi di NMR stato solido

2

 

 

 

Utilizzo della strumentazione NMR

 

8

 

 

 

 

 

 

 

Concetti fondamentali di spettroscopia EPR. Comportamento di un elettrone in un campo magnetico. L’effetto Zeeman. Crystal field splitting e accoppiamento spin-orbita. Il fattore g

4

 

 

 

Interazione di un elettrone spaiato con nuclei dotati di spin nucleare. L’interazione iperfine. Contatto di Fermi e interazione dipolare. Il caso S=1/2, I=1/2. Interazione forte e debole

4

 

 

 

L’Hamiltoniano di spin

 

4

 

 

 

Tempi di rilassamento e forma di riga

2

 

 

 

Impulsi a microonde e dinamica di spin. Spettri EPR in onda continua e pulsata.

 

4

 

 

 

Interpretazione di spettri EPR di sistemi paramagnetici in soluzione e stato solido

2

 

 

 

Spettri EPR di metalli di transizione

 

 

8

 

 

Richiami di spettroscopia vibrazionale ed elettronica.

2

 

 

 

Spettri rotovibrazionali di molecole lineari: modi paralleli e modi perpendicolari; spettri di molecole centro simmetriche. Cenni sugli spettri di molecole poliatomiche non lineari.

Esercitazione: spettroscopia delle molecole HCN, CO2 e C2H2

4

 

 

 

 

2

 

 

Applicazioni avanzate della tecnica IR: spettroscopia risolta nel tempo (Rapid Scan e Step Scan); spettri a temperatura variabile (VTIR); ottenimento di dati termodinamici da misure spettroscopiche.

Esercitazione: Spettroscopia VTIR di idrogeno adsorbito.

4

 

 

 

 

 

2

 

 

Spettri elettronici dei complessi dei metalli di transizione. Teoria del campo dei leganti.

3

 

 

 

Spettroscopia Raman, principi: polarizzabilità, scattering elastico ed anelastico della radiazione, regole di selezione, applicazioni. Spettroscopia Raman, impieghi avanzati: Raman risonante e SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy). Esercitazione: spettro rotazionale, vibrazionale e roto vibrazionale della molecola di H2.

3

 

 

 

 

 

2

 

 

Totale

52

22

 

 

 

Argomento

Ore

Lez.

Ore

Esercit.

Ore Laboratorio

Totale Ore di Car. Didattico

Basic Concepts of FT NMR 

4

 

 

 

NMR parameters: chemical shift, coupling constant, relaxation time

4

 

 

 

NMR and the periodic table

2

 

 

 

1D and 2D pulse sequences

4

 

 

 

Interpretation of 1H and 13C spectra

4

 

 

 

Basic Concepts of solid state NMR

2

 

 

 

NMR instrumentation

 

8

 

 

 

 

 

 

 

Basic concepts of EPR spectroscopy. Zeeman effect, Crystal field splitting, spin orbit coupling. The g factor

4

 

 

 

The hyperfine interaction. Fermi contact and dipolar interaction. The case of  S=1/2, I=1/2

4

 

 

 

The spin Hamiltonian

4

 

 

 

Relaxation times and lineshapes

2

 

 

 

Microwave pulses and spin dynamics. CW and pulse EPR spectra

4

 

 

 

EPR spectra of transition metal ions

 

 

8

 

 

EPR spectra in liquid phase and solid state

 

2

 

 

 

Basic principles of vibrational and electronic spectroscopies.

2

 

 

 

Vibrorotational spectra of linear molecules: parallel and perpendicular modes; spectroscopy of centrosymmetrical molecules. Notes on the spectra of non-linear molecules.

Practice: spectra of HCN, CO2 and C2H2

4

 

 

 

 

2

 

 

Advanced applications of IR: time resolved spectroscopy (Rapid Scan and Step Scan); variable temperature IR spectroscopy (VTIR); getting thermodynamic data from spectroscopic measurements.

Practice: VTIR spectroscopy of adsorbed hydrogen..

4

 

 

 

 

 

2

 

 

Electronic spectra of transition metal complexes. Ligands field theory.

3

 

 

 

Raman spectroscopy, basic principles: polarizability, elastic and inelastic scattering of radiation, selection rules, applications. Advanced Raman spectroscopy: Raman resonance and SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy)

Practice: rotational, vibrational and rotovibrational raman spectrum of H2.

3

 

 

 

 

 

2

 

 

Totale

55

22

 

 

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Testi consigliati e bibliografia

Testi consigliati e bibliografia Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile presso: http://chimica.campusnet.unito.it I testi base consigliati per il corso sono: Corso NMR di base – M. Botta, S. Chimichi, M. Fasano, R. Gobetto Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy – R.K. Harris EPR – M.Chiesa, E. Giamello - EAC Wiley

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Note

L'esame si svolge, di norma, come segue: Prova scritta sul programma svolto nelle lezioni teoriche comprendente anche il riconoscimento e l’analisi di spettri.

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Ultimo aggiornamento: 19/07/2013 09:14
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