presentazione di powerpoint - home - people.unica.it...quando una radiazione elettromagnetica...

Chimica-Fisica Biologica

http://people.unica.it/flaminiacesaremarincola/

SPETTROSCOPIA Spettro elettromagnetico Radiazioni elettromagnetiche (r.e.m) Modello classico e quantistico Assorbimento di r.e.m Emissione di r.e.m. Spettroscopia di assorbimento Spettroscopia di emissione

Come è possibile osservare ciò che accade

a livello molecolare ?

Il BIOLOGO MOLECOLARE

• studia negli organismi viventi i meccanismi molecolari fisiologici e patologici,

concentrandosi in particolare sulla struttura e sulle interazioni tra le macromolecole.

•analizza le funzioni che DNA, RNA, e proteine svolgono all'interno della cellula e

dell'organismo ed i contenuti di informazione dei genomi.

•valuta la relazione tra struttura e funzione delle macromolecole; studia gli effetti

provocati, nella cellula e nell’organismo, da alterazioni strutturali e funzionali di

DNA, RNA e proteine, accidentali o progettate.

http://www.youtube.com/watch?v=IkKZ_gxAOXI&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=IkKZ_gxAOXI&feature=related

Spettroscopia

Studia le proprietà della materia attraverso l’interazione con diverse componenti dello spettro elettromagnetico

Permette di estrarre informazioni di varia natura quali:

•energia degli stati rotazionali, vibrazionali o elettronici,

•struttura e simmetria delle molecole,

•proprietà dinamiche,

•………..e molto di più

Quando una radiazione elettromagnetica attraversa la materia vi è sempre una interazione; la natura di questa interazione

può variare da un caso all’altro.

Spettroscopia

Riflessione: si verifica quando la luce incontra una superficie lucida, per

esempio uno specchio.

Il raggio che proviene dall'oggetto, (chiamato raggio incidente), e il raggio

che ritorna dalla superficie lucida (chiamato raggio riflesso), formano

angoli uguali con la superficie riflettente.



Spettroscopia

Rifrazione: È un fenomeno dovuto alla diversa velocità della luce in mezzi diversi: il passaggio

da un mezzo a bassa densità come l'aria a un mezzo a densità elevata come l'acqua ne riduce la

velocità e ne causa la deviazione (eccetto nel caso in cui entri perpendicolarmente alla superficie

del mezzo).

cannucce



La radiazione trasmessa può:

•assumere diverse direzioni di propagazione (riflessione, rifrazione)

•vibrare su un piano diverso (polarizzazione),

•viaggiare con velocità minore,

•essere meno intensa di quella incidente (assorbimento).

Spettroscopia

Spettroscopia

Radiazione Elettromagnetica


Dispersione e rifrazione della luce solare

contro le pareti delle gocce.

Che cosa è la radiazione elettromagnetica? una forma di energia che si propaga attraverso lo spazio

ad altissima velocità.

Modello classico ad onda sinusoidale

La radiazione elettromagnetica è composta da onde elettromagnetiche, consistenti, cioè, nell'oscillazione

concertata di un campo elettrico e di un campo magnetico. Queste onde si propagano in direzione

ortogonale a quella di oscillazione


Le onde elettromagnetiche sono definite

da alcuni parametri quali:

lunghezza ampiezza frequenza

velocità di propagazione energia

intensità


l

Proprietà delle onde

l= lunghezza d’onda


p 10-12 pico

n 10-9 nano

μ 10-6 micro

m 10-3 milli

c 10-2 centi

Nel SI l’unita’ di misura e’ il metro (m).

Per lunghezze d’onda corte si usano i

prefissi:

Si usa anche l’Angström (Å)

che corrisponde a 10-10 m.




l

Nel SI l’unita’ di misura e’ l’Hertz (Hz, ha le dimensioni di s-1).

Corrisponde al numero di cicli al secondo.

Si usano i prefissi:

M 106 mega

G 109 giga

T 1012 tera

P 1015 peta

E 1018 exa



n = frequenza

c=ln=2,9979*108 m/s



c=velocità

E=hn

h=6,62618*10-34 J s

Costante di Planck


E=energia


Intensità

(legata all’ ampiezza dell’onda)

Joule su metri quadrati al secondo (J/(m2·s)).

la quantità di energia trasportata per

unità di tempo e di superficie

ortogonale alla direzione di

propagazione.

Nel tardo 800 i risultati di alcuni esperimenti indicavano che, quando la luce

ultravioletta colpiva una lastra di zinco carica negativamente, questa si

scaricava. In altre parole un certo numero di elettroni venivano emessi

dalla piastra.

Effetto fotoelettrico

Ciò accadeva solo con luce ultravioletta

Con raggi di luce di frequenza più piccola (lunghezza d'onda più lunga) il

fenomeno non si verificava. Altri esperimenti vennero effettuati e si dimostrò che

per materiali diversi dallo zinco erano altre le frequenze a permettere l'emissione

di elettroni.

Lastra di zinco

UV

Nell'ambito della fisica classica i risultati sperimentali potevano essere spiegati con

l'idea che:

quando le onde luminose colpivano gli elettroni, questi si sarebbero messi a vibrare fino a quando non avessero raggiunta l'energia sufficiente per essere emessi dalla

piastra.

Tuttavia ci sono dei punti deboli in questa spiegazione.

• L'energia dell'elettrone emesso non dipende dall'intensità della luce.

• Per una data sostanza, nessun elettrone viene emesso sotto una certa frequenza. Al

di sopra della frequenza critica, gli elettroni vengono emessi con una energia che

cresce proporzionatamente alla frequenza del raggio luminoso.


1905: Albert Einstein, sempre nel tentativo di spiegare il modo in cui

radiazione e materia interagiscono tra loro, suppose che la radiazione

stessa fosse composta da quanti (fotoni), ovvero da "pacchetti"

di energia, con energia E pari a hn



Questa ipotesi spiega i risultati ottenuti

sperimentalmente.

Appena un fotone con sufficiente energia

colpisce un elettrone, l'elettrone l'assorbe ed

acquisisce una energia sufficiente a liberarsi dei

suoi legami atomici. La quantità minima di

energia necessaria a causare ciò corrisponde

direttamente alla frequenza critica menzionata

sopra. E quando il fotone ha maggior energia

rispetto a quella richiesta, quella energia in più

viene convertita in energia cinetica

1905: Albert Einstein, sempre nel tentativo di spiegare il modo in cui

radiazione e materia interagiscono tra loro, suppose che la radiazione

stessa fosse composta da quanti (fotoni), ovvero da "pacchetti"

di energia, con energia E pari a hn

L’intensità di una radiazione elettromagnetica dipende:

•dal numero di fotoni che attraversa in un secondo una superficie perpendicolare al flusso di fotoni •dall’energia del fotone.

1923: Un terzo tipo di interazione tra la radiazione e la materia venne

descritto in maniera semplice e soddisfacente da Arthur Holly

Compton, il quale riprese l'idea di Einstein che la luce fosse costituita

da particelle dotate di energia e impulso.


Quest'ultima era la prova definitiva che

convinse la comunità scientifica circa la

NATURA CORPUSCOLARE

DELLA LUCE.

Emerse quindi un nuovo modello del campo elettromagnetico,

descritto dalla MECCANICA QUANTISTICA:

la luce, accanto alle proprietà ondulatorie

classiche, in determinate condizioni, manifesta

anche proprietà corpuscolari.

Questi "quanti di luce" di cui è composta la radiazione elettromagnetica sono detti fotoni


Modello corpuscolare

la radiazione è descritta come un flusso di particelle discrete, o pacchetti d’onde, chiamati fotoni. Da una

parte, i fotoni hanno caratteristiche simili a quella di un onda (es. hanno una frequenza e danno fenomeni di

interferenza), dall’altra hanno proprietà simili a quella di una particella.

L’energia di un fotone è proporzionale alla frequenza della

radiazione elettromagnetica a cui appartiene:

E=hn


Che cosa è la radiazione elettromagnetica? una forma di energia che si propaga attraverso lo spazio

ad altissima velocità.


Modello corpuscolare

la radiazione è descritta come un flusso di particelle discrete, o pacchetti

d’onde, chiamati fotoni. Da una parte, i fotoni hanno caratteristiche simili a

quella di un onda (es. hanno una frequenza e danno fenomeni di

interferenza), dall’altra hanno proprietà simili a quella di una particella.

L’energia di un fotone è proporzionale

alla frequenza della radiazione

elettromagnetica a cui appartiene:

E=hn


Base comune di tutte le forme di spettroscopia è il

concetto di transizione:

il passaggio di un atomo o molecola da uno stato energetico ad un altro.

L’interazione tra energia radiante e materia

segue differenti meccanismi a seconda della

radiazione impiegata

Quantizzazione di Energia

L’energia interna delle molecole è quantizzata (sono permessi solo valori

finiti) e l’energia di ogni molecola poliatomica deriva da diversi contributi :

Etot = Etras + Erot + Evib +Eele+ Eelv + En

•Etras = Energia traslazionale dovuta al movimento dovuta al movimento traslazionale della molecola della molecola

•Erot = Energia rotazionale dovuta al movimento di rotazione della molecola

•Evib = Energia vibrazionale dovuta alle vibrazioni cui sono soggetti gli atomi della molecola

•Eele = Energia dovuta agli elettroni di non legame (interni)

•Eelv = Energia dovuta agli elettroni di valenza

•En = Energia nucleare legata all’energia delle particelle che compongono il nucleo


ROTAZIONALE in virtù’ della

rotazione intorno al suo centro di massa

VIBRAZIONALE per gli spostamenti

periodici degli atomi dalla loro

posizione di equilibrio,


ELETTRONICA poiché gli elettroni

intorno all’atomo o quelli di legame

sono in continuo movimento.

Ognuno dei termini energetici ha valori quantizzati e

compresi in un intervallo di valori di energia paragonabile alle

energie delle differenti zone dello spettro elettromagnetico.

Livello elettronico fondamentale

Primo livello elettronico

eccitato

DE1

DE2 Livelli vibrazionali

Livelli rotazionali DE3

DE1 >DE2 >DE3


Livello elettronico fondamentale


eccitato

Eccitazione

assorbimento

Eccitazione e Rilassamento

e-

e-


eccitato

Rilassamento

emissione

Eccitazione e Rilassamento

Rilassamento non radioattivo:

l’energia viene trasferita mediante piccole collisioni alle

molecole circondanti, ma senza emissione di fotoni. C’è un

piccolo aumento di temperatura nel mezzo.

Rilassamento radioattivo (EMISSIONE):

l’energia viene trasferita mediante emissione di fotoni.

Si può raggiungere uno stato intermedio di decadimento

termico e riemissione di una radiazione con frequenza

minore della radiazione che provoca l’eccitazione, si parla

in questo caso di fluorescenza e di fosforescenza.

In alcuni casi, l’energia elettromagnetica assorbita è

rilassata interamente in forma di radiazione con frequenza

diversa, si ha allora la diffusione per effetto Raman.

Spettroscopia di assorbimento

studia l’assorbimento di radiazione elettromagnetica da parte

di atomi e molecule.

Spettroscopia

Spettroscopia di emissione

studia l’emissione di radiazione elettromagnetica da

parte di atomi e molecole.

Spettroscopia

Tanto la spettroscopia di emissione quanto quella di assorbimento

forniscono identica informazione circa gli intervalli che separano i livelli

energetici; la scelta di una tecnica rispetto ad un’altra poggia su

considerazione di ordine pratico.

Spettroscopia

Spettroscopia

Asse X

Asse Y: l’assorbimento

Spettro d’Assorbimento

presentazione di powerpoint - home - people.unica.it...quando una radiazione elettromagnetica...

Documents