FOTOCHIMICA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- MIRCO NATALI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- CHIM/03
Obiettivi formativi
- Il principale obiettivo del corso è trasferire allo studente le conoscenze di base per acquisire una visione comprensiva dei processi che coinvolgono la luce e i sistemi chimici, dalle molecole più semplici, a sistemi supramolecolari complessi, fino a specifici sistemi biologici, per possibili applicazioni nei campi della conversione dell'energia solare, dell'elettronica e della fotonica molecolare. Lo studente conoscerà la descrizione degli stati elettronici eccitati e dei principali processi fisici e chimici che ne causano la disattivazione nonché i metodi sperimentali che ne consentono la caratterizzazione. Lo studente sarà in grado di prevedere i meccanismi di disattivazione che coinvolgono specie molecolari sulla base della loro struttura elettronica ed interpretare dati sperimentali che descrivono i relativi processi fotochimici.
Prerequisiti
- Sono richieste conoscenze elementari di chimica inorganica, chimica fisica e spettroscopia acquisite durante la laurea triennale.
Contenuti del corso
- Il corso è costituito da 48 ore di lezioni frontali riguardanti i seguenti argomenti.
Luce: Natura dualistica della luce. Spettro elettromagnetico.
Stati elettronici: Teoria dei gruppi, simmetria molecolare e gruppi di simmetria. Teoria degli orbitali molecolari (MO). Approssimazione di Born-Oppenheimer. Configurazioni elettroniche. Stati elettronici in molecole organiche a guscio chiuso. Stati elettronici in molecole a guscio aperto. Composti di coordinazione. Vibrazioni molecolari.
Assorbimento: Momento di transizione. Regole di selezione di simmetria e di spin. Principio di Franck-Condon. Struttura delle bande di assorbimento.
Fotofisica: Disattivazioni radiative di stati eccitati. Rilassamento vibrazionale. Fluorescenza e fosforescenza. Fattore di Franck-Condon e relazioni fra spettro di assorbimento ed emissione. Distorsione degli stati eccitati e Stokes shift. Transizioni non-radiative. Regola d’oro di Fermi. Conversione interna e intersystem crossing. Regola di El-Sayed. Effetto atomo pesante. Fattore di Franck-Condon. Energy-gap law e distorsione. Effetti della deuterazione. Regola di Kasha. Aspetti cinetici. Descrizione dei processi fotofisici in molecole organiche e composti di coordinazione di rilevanza fotochimica.
Fotochimica: Processi chimici in stati eccitati. Reazioni adiabatiche. Reazioni diabatiche, avoided crossing ed intersezione conica. Diagrammi di correlazione di orbitali e stati. Dissociazione di legami sigma. Twisting di legami pi-greco. Reazioni pericicliche.
Processi bimolecolari in stati eccitati: Aspetti cinetici e cinetica di Stern-Volmer. Trasferimento di energia fra molecole. Trasferimento di energia radiativo (energy transfer “triviale”). Trasferimento di energia non radiativo. Quenching e sensibilizzazione. Sovrapposizione spettrale. Meccanismi coulombiano e di scambio. Trasferimento fotoindotto di elettroni. Proprietà redox di stati eccitati. Teoria di Marcus. Fattori elettronici, meccanismo di superscambio. Separazione di carica e ricombinazione. Chemiluminescenza. Trasferimento protonico allo stato eccitato. Ciclo di Forster.
Fotochimica in sistemi biologici: Fotoni come quanti di energia. La fotosintesi. Aspetti generali dell'energia solare. Sistemi fotosintetici naturali. Antenne e centro di reazione. Architettura, termodinamica e cinetica. Verso una fotosintesi artificiale. Triadi per separazione di carica. Antenne artificiali. Cenni di catalisi multi-elettronica. Trasferimento elettronico accoppiato a trasferimento protonico. Fotoni come bits di informazioni. La visione. Fotorecettori.
Tecniche spettroscopiche per lo studio fotochimico. Spettrofotometro, spettrofluorimetro. Spettri di emissione e di eccitazione. Resa quantica di emissione. Aspetti sperimentali. Emissione stimolata, teoria di Einstein, i LASER. Tecniche di emissione ed assorbimento risolte nel tempo. Metodi didattici
- Il corso consiste in 48 ore di lezione frontale in cui vengono utilizzate diapositive esplicative sui vari argomenti del corso.
Lezioni registrate verranno rese disponibili nella seguente classroom con codice: 7vhdl5r Modalità di verifica dell'apprendimento
- Lo scopo dell'esame è di verificare il livello di conoscenza acquisita sui vari argomenti trattati durante il corso e se gli obiettivi precedentemente descritti sono stati raggiunti. L'esame consiste in un colloquio orale che consta di almeno 3 domande.
Testi di riferimento
- Il materiale didattico fornito dal docente (diapositive) è utile per conoscere gli argomenti svolti.
Lo studio deve essere approfondito sui seguenti testi:
"Photochemistry and Photophysics, Concepts, Research, Applications" V. Balzani, P. Ceroni, A. Juris, Wiley-VCH,Verlag 2014
"Supramolecular Photochemistry" V. Balzani, F. Scandola, Horwood, 1991
Ulteriori approfondimenti possono essere trovati nei seguenti testi:
Per la parte del corso riguardante gli aspetti sperimentali: "Manuale del fotochimico. Tecniche e metodologie" L. Moggi, A. Juris, M. T. Gandolfi, Bononia University Press, 2006.
Per la parte del corso riguardante reazioni fotochimiche: "Modern molecular photochemistry of organic molecules" N. J. Turro, V. Ramamurthy, J. C. Scaiano, University Science Books, 2010.
