Chimica fisica - spettroscopia

Spettroscopia: interazione tra onde elettromagnetiche e materia

Onde elettromagnetiche causate dall'oscillazione di campo magnetico, campo elettrico.

Studiare una proprietà della materia grazie ai movimenti oscillatori.

Necessari:

• Una sorgente
• Un campione
• Un rivelatore

Spettroscopia - analisi quali + quantitativa.

Spettro: grafico che riporta su asse X la lunghezza d'onda della sorgente che ha interagito con il mio materiale e sull'asse Y l'intensità del fenomeno.

_{Quantitativo(y) Qualitativo(x)}

I metodi spettroscopici permettono l’analisi di un campione anche senza un processo di separazione.

La separazione o purificazione di una sostanza permette la sua identificazione ma può compromettere la sua struttura originale.

I metodi spettroscopici permettono l’analisi diretta di un campione senza intaccare la sua struttura.

Le onde

y = A·sen φ (radianti)

Fenomeno periodico (oscillazione).

Moto in funzione di _φ.

Moto del punto P con velocità uniforme.

Dopo _2π secondi P torna in O’ completando un ciclo.

È possibile esprimere la frequenza _{= ω 2π} come il numero di cicli per secondo.

y = A·sen _ωt = A·sen_2πv_t

Spettroscopia: interazione tra onde elettromagnetiche e materia

Onde elettromagnetiche: causate dall'oscillazione di campo magnetico, campo elettrico.

Studiare una proprietà della materia grazie ai movimenti oscillatori.

Necessari:

• Una sorgente
• Un campione
• Un rivelatore

Spettroscopia - analisi quali-quantitativa.

Spettro: grafico che riporta su asse X la lunghezza d'onda della sorgente che ha interagito con il mio materiale e sull'asse Y l'intensità del fenomeno.

Quantitativo (y), qualitativo (x).

Metodi spettroscopici permettono l'analisi di un campione anche senza un processo di separazione.

La separazione o purificazione di una sostanza permette la sua identificazione ma può compromettere la sua struttura originale.

Metodi spettroscopici permettono l'analisi diretta di un campione senza intaccare la sua struttura.

Le onde

yTA2πΨ (radianti)

y = A . sen Ψ

Fenomeno periodico (oscillazione).

Moto in funzione di Ψ.

ωPΨ/20yπ/ω2π/ω

Moto del punto P con velocità uniforme.

Dopo 2πω secondi P torna in O' completando un ciclo.

È possibile esprimere la frequenza ν = ω/2π come il numero di cicli per secondo.

y = A . sen ωt = A . sen 2πνt

Distanza e tempo

Distanza - Tempo.

x = c · t

y = A · sen 2πνt = A · sen 2πνx/c

λ: lunghezza d'onda, distanza percorsa durante un ciclo.

Velocità: c = [cm/s]

Frequenza: ν = [cicli/s] → ribattezzata in Hertz (Hz).

ν · λ = c

λ = c/ν

y = A · sen 2πx/λ

Microonde, IR μ → 1μ = 10^-6m = 10^-4cm, UV Å (Angstrom) → 1Å = 10^-8cm = 10^-4μ.

ν̄ = 1/λ cm^-1 (numero d'onda).

y = A · sen 2πν̄x.

In un secondo la radiazione percorre c cm e contiene ν cicli.

Ogni centimetro contiene ν/c onde.

ν/c = 1/λ = ν̄ cm^-1

La materia

Materia - assorbe e rimette in maniera specifica nel sistema subatomico → energia quantizzata.

Atomi idrogenoidi

Atomi o ioni dotati di un solo elettrone (H, He⁺, Li²⁺...).

Scarica elettrica → H₂ → H eccitati.

Emissione.

Primo approccio spettroscopia visibile - Balmer (1885).

Osserva delle righe e, posizionandole sullo spettro, nota che queste sono “regolari”, ovvero sintetizzabili in un modello matematico.

ν̄ = R_H (1/2² - 1/m²) → m = numero quantico = 2, 3, 4, 5... (costante) atomi idrogenoidi (`` di Rydberg).

Lyman ripete esperienza in UV.

Paschen ripete esperienza in IR.

Rydberg (1850).

ν̄ = R_H (1/m₁² - 1/m₂²) R_H 109677 cm^-1 (costante di Rydberg).

m₁ = 1, 2, 3

m₂ = m₁ + 1, m₁