FOTOCHIMICA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2017/2018
- Docente
- MARIA TERESA INDELLI
- Crediti formativi
- 6
- Percorso
- CHIMICA, MATERIALI ED ENERGIA
- Periodo didattico
- Primo Periodo Didattico
- SSD
- CHIM/03
Obiettivi formativi
- Il principale obiettivo del corso è di trasferire allo studente le informazioni di base per avere 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. Le conoscenze che lo studente deve acquisire durante il corso sono la descizione degli stati elettronici eccitati e dei principali processi fisici e chimici unimolecolari e bimolecolari fotoindotti che ne causano la disattivazione. Verranno trasmesse inoltre le conoscenze di base per descrivere i meccanismi di importanti processi fotoindotti in sistemi biologici, quali la fotosintesi e la visione e per trattare possibili applicazioni della fotochimica supramolecolare, nei campi della conversione dell'energia solare, dell'elettronica e della fotonica molecolare. Lo studente, acquisite le conoscenze di base, sarà in grado di interpretare fenomeni fotofisici e fotochimici che sono alla base dei sistemi naturali e artificiali nel campo della conversione dell'energia solare.
Prerequisiti
- Sono richieste conoscenze elementari di chimica inorganica, quantomeccanica e spettroscopia; onoscenze di base di chimica fisica apprese nei corsi di Chimica Fisica acquisite durante la laurea triennale.
Contenuti del corso
- Il corso è costituito da 32 ore di lezioni frontali(4 crediti)e da 24 ore (2 crediti) di laboratorio riguardanti i seguenti argomenti: Stati elettronici. Approssimanzione di Born-Oppenheimer. Orbitali molecolari, configurazioni elettroniche, stati. Vibrazioni in molecole poliatomiche.(8 ore)
Assorbimento di radiazioni. Momento di transizione. Regole di selezione di simmetria e di spin. Principio di Franck-Condon. Struttura delle bande di assorbimento (6 h).
Disattivazioni radiative di stati eccitati. Rilassamento vibrazionale. Fluorescenza e fosforescenza. Fattori di Franck-Condon e relazioni fra assorbimento ed emissione. Distorsione degli stati eccitati e Stokes shift. Transizioni non-radiative. Fermi golden rule.(8 ore) Conversione interna e intersystem crossing. Fattori di Franck-Condon. Energy-gap law, effetti di deuterazione. Intersezioni e avoided crossings.(2 ore)
Processi chimici in stati eccitati. Diagrammi di correlazione di orbitali e stati. Dissociazione di legame sigma;Twisting di legami pi-greco; Reazioni pericicliche. (4)
Processi bimolecolari in stati eccitati. Cinetica di Stern-Volmer. Trasferimento di energia fra molecole. Sovrapposizione spettrale. Meccanismi coulombiano e di scambio. Quenching e sensibilizzazione. Trasferimento fotoindotto di elettroni. Proprietà redox di stati eccitati. Modelli cinetici. Regione "invertita". Separazione di carica e ricombinazione. Chemiluminescenza.(10 ore)
Fotochimica in sistemi biologici. Fotoni come quanti di energia e bits di informazione. La fotosintesi. Aspetti generali dell'energia solare. Modi di conversione. Sistemi fotosintetici naturali. Struttura generale: le antenne, i centri di reazione. Architettura, termodinamica e cinetica.
La visione. Fotorecettori. Processi fotochimici primari. Fotochimica in sistemi supramolecolari artificiali. Dispositivi molecolari nanometrici. Approcci "top-down" e "bottom-up". Verso una fotosintesi artificiale. Triadi per separazione di carica. Antenne artificiali. Dispositivi fotovoltaici.(8 ore).Tecniche spettroscopiche e fotofisiche veloci e ultraveloci per la determinazione di specie transienti (stati eccitati e intermedi di reazione.(2) ore)
Esercitazioni di laboratorio (2 crediti, 24 ore) riguardanti i principali argomenti del corso. Metodi didattici
- Il corso è costituito da 4 crediti di lezioni frontali su tutti gli argomenti del corso durante le quali vengono utilizzate diapositive esplicative sui vari argomenti del corso e da 2 crediti di laboratorio.
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 di un colloquio orale che consta di almeno 3 domande. Sono previste due sessioni d'esame (dicembre-febbraio e giugno-settembre). Gli appelli saranno 3-5 per sessione. Ad eventuali appelli fuori sessione saranno ammessi solo studenti fuori corso.
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 Photochemsitry" V. Balzani, F. Scandola, Horwood, 1991
