Universitat de Girona

Programa de l'assignatura

Curs 2002-03

3103200126 ESTRUCTURA MOLECULAR


Objectius  

Assolir la comprensió de les bases físiques dels mètodes de determinació de propietats estructurals amb ajut de la teoria quàntica. L'objectiu no és tan aprendre a extreure informació sobre l'estructura molecular del compost analitzat a partir d'una ratlla en l'espectre, com entendre perquè surt aquella ratlla.
 
Prerrequisits  

 
Contingut (Programa)  



1. Sistemes sotmesos a pertorbacions depenents del temps.
Evolució amb el temps del valor mig d'un observable. Magnituds físiques conservatives. Estats estacionaris. Teoria de pertorbacions depenent del temps. Aproximació de 1er ordre. Probabilitat de transició. Pertorbació sinusoidal. Ressonància. Amplada de la ressonància.

2. Interacció de la matèria amb la radiació
Interacció de la matèria amb la radiació. Cinètica de les transicions. Absorció i emissió induïdes. Regles de selecció. Regla de Laporte. Emissió espontània. Coeficients d'Einstein. Llei de Beer. Coeficient d'absorció integrat. Espectroscòpia.

3. Introducció a l'estructura molecular
Hamiltonià molecular. Principi adiabàtic d'Ehrenfest. Pertorbació no adiabàtica. Aproximació de Born-Oppenheimer. Superfícies de potencial. Condicions de validesa.

4. Rotació i vibració de molècules diatòmiques
Equació d'Schrödinger nuclear. Camp central. Energia total. Correcció mitjançant l'aplicació de la teoria de pertorbacions. Anharmonicitat. Acoblament rotació-vibració. Distorsió centrífuga. Coeficients de Dunham. Funcions de Morse i de Varshni. Regles de selecció. Espectres de rotació pura. Espectres de rotació-vibració.

5. Rotació de molècules poliatòmiques
Equació d'Schrödinger nuclear. Mecànica clàssica del rotor rígid. Tensor d'inèrcia. Moments d'inèrcia principals. Angles d'Euler. Operador hamiltonià rotacional. Operadors de moment angular. Regles de commutació. Trompo esfèric. Trompo simètric. Trompo assimètric. Espectres de rotació pura. Aplicació a la determinació estructural. Efecte Stark.

6. Vibració de molècules poliatòmiques
Teoria clàssica de les vibracions moleculars. Equacions de Lagrange. Coordenades normals. Mecànica quàntica de la vibració. Interacció-rotació-vibració. Regles de selecció. Espectres de rotació-vibració.

7. Espectroscopia Raman
Teories clàssica i quàntica de la difusió de la llum. Difusió Rayleigh. Efecte Raman. Polaritzabilitat. Regles de selecció. Línies Stokes i Anti-Stokes. Espectres Raman. Regles d'exclusió mútua.

8. Espectroscopia electrònica
Espectres de molècules diatòmiques. Regles de selecció. Principi de Franck-Condon. Dissociació i predissociació. Progressió. Extrapolació de Birge-Sponer. Taules de Deslandres. Espectres de molècules poliatòmiques. Fluorescència. Fosforescència. Espectroscopia electrònica.

9. Espectroscopia de ressonància magnètica nuclear
Moments magnètics nuclears. Interacció amb un camp magnètic. Regles de selecció. Desplaçament químic. Constant d'apantallament. Acoblament spin-spin. Espectres. Processos de relaxació. Equacions de Bloch.

10. Espectroscopia de ressonància de spin electrònica
Dipol magnètic de l'electró. Interacció amb un camp magnètic. Ressonància de l'electró lliure. Radicals. Interaccions de contacte de Fermi, Zeeman i dipol-dipol. Energia total de les interaccions magnètiques. Regles de selecció. Triplets. Aplicacions. Regularment, segons preveu el pla d'estudis, es dedicaran uns crèdits a la resolució de problemes i exercicis i es proposaran a l'estudiant exercicis complementaris perquè els pugui resoldre com a autoavaluació. Els exercicis estaran relacionats amb el programa de teoria i tenen per objectiu relacionar els coneixements teòrics adquirits amb la seva aplicació pràctica. L'àrea de Química Física facilita un quadern amb la col×lecció de problemes que es considera més adequada.
 
Bibliografia  


ANDREWS, D.L., 1987, Lasers in Chemistry, Springer, Nova York.
DYKSTRA, C. E., 1992, Quantum Chemistry and Molecular Spectroscopy, Prentice Hall.
GRAYBEAL, J. D., 1988, Molecular Spectroscopy, McGraw-Hill, Nova York.
GRIBOV, L. A. y ORVILLE-THOMAS, W. J., 1988, Theory and Methods of Calculation of Molecular Spectra, John Wiley and Sons, Nova York.
HERZBERG, G., 1945-66, Molecular Spectra and Molecular Structure (3 vol.), Van Nostrand, Nova York.
HOLLAS, J. M., 1992, Modern Spectroscopy (2ª Ed.), John Wiley and Sons, Nova York.
LEVINE, I. N., 1975, Molecular Spectroscopy, Wiley, Nova York, (Versión castellana: 1980, AC, Madrid).
RICHARDS, W. G. y SCOTT, P. R., 1985, Structure and Spectra of Molecules, Wiley, Nova York.
ROBINSON, J. W., 1990, Atomic Spectroscopy, Marcel Dekker, Nova York.
STRUVE, W.S., 1989, Fundamentals of Molecular Spectroscopy, Wiley, Nova York.
WILSON, E. B., DECIUS, J. C. y CROSS, P. C., 1955, Molecular Vibrations, McGraw-Hill, Nova York.
 
Mètodes docents  

 
Tipus d'exàmens i avaluacions  

L'avaluació es realitza mitjançant una prova escrita que consta de qüestions aplicades (problemes) i qüestions teòriques. L'objectiu principal és poder confrontar els objectius planificats en la programació de l'assignatura amb els coneixements assolits per l'estudiant. En el domini cognoscitiu i de l'aprenentatge es valoren: el coneixement de teories, aplicacions, mètodes i instruments, el grau de comprensió dels conceptes, la capacitat d'aplicació i de relació justificada pels objectius concrets del programa, el fet d'assolir un cert estil de raonament i pensament creatiu i de predicció, el domini de tècniques experimentals i de manipulació de dades empíriques, l'anàlisi de propietats i la capacitat de treballar amb problemes reals.
 
Informació addicional  

 
Llengua de les classes