Διδαχθείσα ύλη, σχετική βιβλιογραφία και ασκήσεις

4/10/2019: Τι είναι και τι δεν είναι φασματοσκοπία; Τι φυσικά μεγέθη έχει στους άξονες ένα φάσμα; Βασικές εξισώσεις και περιοχές ηλεκτρομαγνητικών φασμάτων. Συντελεστές Einstein, κατανομή μέλανος σώματος (Planck), νόμοι Wien και Stefan-Boltzmann.

Banwell: 1-6, 16-17

Hollas: xxi - xxiii, xxv, 27-31, 41-43

Bernath (2nd Ed.): 1-11

Softley: 1-6, 17-18

Brown: 1-5, 15-17 (Ελληνικά: 1-4, 13-14)

McHale: 1-5, 32-34, 48-51

Αρχείο Excel για την επίλυση περίπλοκων εξισώσεων

11/10/2019: Νόμος Beer. Περί κατανομών. Μορφές φασματικών γραμμών (Lorentz, Gauss), διευρύνσεις (ομογενείς και μη) λόγω: χρόνου ζωής, συγκρούσεων (πιέσεως), φαινομένου Doppler (και μετατόπιση γραμμών), λόγω φωτεινής ισχύος. Ατομική φασματοσκοπία: Υδρογονοειδή άτομα: Χαμιλτονιανή, κβαντικοί αριθμοί, ιδιοτιμές ενέργειας E_n, ιδιοσυναρτήσεις Ψ_nlm(r,θ,φ) = R_nl(r) Θ_lm(θ) Φ_m(φ), σφαιρικές αρμονικές.

Brown: 15-17 (13-14)

Softley: 8-12, 18-25, 29-30

Banwell: 16-18

Hollas: 27-37, 1-17

Bernath: 7-11, 21-34

McHale: 48-51, 167-170

Άρθρα περί νέου ατομικού ωρολογίου

Άσκηση: Για φωτόνιο μήκους κύματος 632.8 nm να υπολογίσετε την συχνότητα, τον κυματαριθμό, την ενέργεια (σε J και eV), την περίοδο και την φασματική περιοχή του φωτονίου αυτού.

Άσκηση: Μια μετάπτωση στα 27000 cm^-1 εμφανίζει χρόνο ζωής 0.2 ns. Τι τιμή έχουν οι συντελεστές Einstein A₂₁ και B₂₁;

Άσκηση: Δέσμη μορίων μάζας 60 g/mol κινείται με σταθερή ταχύτητα 1000 m/s υπό γωνία 60 μοιρών προς φωτεινή δέσμη μονοχρωματικής ακτινοβολίας μήκους κύματος λ₁. Αν τα μόρια μπορούν να απορροφήσουν ακτινοβολία με λ₀ = 450 nm, τι τιμή πρέπει να έχει το λ₁ για να απορροφηθεί η ακτινοβολία από τα μόρια; Αν τα ίδια μόρια βρίσκονται σε θερμική ισορροπία σε θερμοκρασία 372 K, τι εύρος θα παρουσιάζει η κορυφή απορροφήσεως;

Άσκηση: Τι ταχύτητα αντιστοιχεί στην μετατόπιση που δηλώνει το μπλε βέλος στο σχήμα 4 επί της καμπύλης της 1.5 ημέρας στο άρθρο Nature 574 497 (2019);

25/10/2019: Ατομική φασματοσκοπία: Υδρογονοειδή άτομα: ιδιοτιμές ενέργειας E_n, σειρές γραμμών υδρογόνου, διορθώσεις (διαταράξεις): λεπτή υφή, πολλαπλότητα καταστάσεων, υπέρλεπτη υφή (επίδραση spin και τετραπολικής ροπής πυρήνα). Πολυηλεκτρονιακά άτομα, φασματοσκοπικοί όροι, διαγράμματα Grotrian, θεωρία κβαντικού ελλείμματος για άτομα αλκαλίων. Περιστρεφόμενα μόρια: περιστροφική ενέργεια, ροπή αδράνειας, στροφορμή.

Bernath: 109-118, 132-141, 161-162

Sobelman: 3-15, 34-38, 156-162

Hollas: 213-225, 103

Herzberg (atomic): 54-62

Banwell: 127-149

Άσκηση: Να υπολογίσετε το μήκος κύματος της τρίτης γραμμής (τύπου) Paschen για τα ιόντα Be⁺³ και N⁺⁷.

1/11/2019: Συμπληρώσεις ατομικής φασματοσκοπίας. Περιστροφική φασματοσκοπία: τύποι στρόβων, παραδείγματα μορίων, κανόνες επιλογής μεταπτώσεων.

Brown: 21-26 (18-22)

Bernath: 161-172

Hollas: 103-111

Banwell: 31-42

McHale: 209-212

Carrington: 146-152

Levine: 165-168

Κύριοι άξονες περιστροφής

Άσκηση: Να υπολογίσετε τις ροπές αδράνειας των ακόλουθων μορίων και να προσδιορίσετε τι τύπου στρόβος είναι το καθένα χρησιμοποιώντας δεδομένα από το CRC Handbook of Chemistry and Physics, 9-15 - 9-41. Χρησιμοποιούμε πάντα τις μάζες των ατόμων των πιο άφθονων ισοτόπων των στοιχείων, τις οποίες μπορείτε να βρείτε στο ίδιο βιβλίο 11-50 - 11-199: NaCl, HCNO, CHCl₃, CH₃Cl, H₂O₂

8/11/2019: Περιστροφική φασματοσκοπία: κύριοι άξονες περιστροφής, κυματοσυναρτήσεις γραμμικών και πολυατομικών μορίων, κβαντικοί αριθμοί, κανόνες επιλογής, εκφυλισμοί, θέσεις κορυφών, εμφάνιση φάσματος, κατανομή Boltzmann. Φυγοκεντρική διόρθωση στην ενέργεια και στις θέσεις των μεταπτώσεων.

Hollas: 111-112, 113-115

22/11/2019: Περιστροφική φασματοσκοπία: ασύμμετροι στρόβοι: Κβαντικοί αριθμοί, εκφράσεις ενέργειας. Στροφορμή λόγω δονήσεως. Περιστροφικές μεταπτώσεις Raman και επίδραση της στατιστική πυρήνων στην μορφή των φασμάτων. Επίδειξη οργάνων ορατού και υπερύθρου. Δονητική φασματοσκοπία διατομικών μορίων: δυναμικό (αρμονικό), ιδιοτιμές ενέργειας, κβαντικός αριθμός v, κυματοσυναρτήσεις, διπολική ροπή μεταπτώσεως, κανόνας επιλογής.

Brown: 32-40 (27-33)

Bernath: 193-196, 208-212, 215-218

Zare: 86, 89

Hollas: 116-119, 126-131, 137-140

Hollas (High Resolution): 135

Banwell: 49-51, 55-59

Levine: 213-216

29/11/2019: Δονητική φασματοσκοπία: ταλαντωτής Morse, ενεργειακές στάθμες δονήσεως και περιστροφής, μορφή φάσματος, κατανομές πληθυσμών δονήσεως και περιστροφής, υπέρτονες μεταπτώσεις, φάσματα μειωμένης διακριτικής ικανότητας, συντελεστές Dunham, εξάρτηση από ανηγμένη μάζα. Δονήσεις πολυατομικών μορίων, βαθμοί ελευθερίας, κανονικοί τρόποι δονήσεως.

Bernath: 212-214, 223-232

Hollas: 142-151, 154-162

Banwell: 59-75

Brown: 40-48

Levine: 235-245

6/12/2019: Δονητική φασματοσκοπία: Κανονικοί τρόποι δονήσεως της κροτοναλδεΰδης, μεταπτώσεις συντονισμού, υπέρτονες, συνδυασμού, δονητική ενέργεια πολυατομικών μορίων με ή χωρίς εκφυλισμό ή στροφορμή λόγω δονήσεως, περιοδικά και άλλα ενδομοριακά δυναμικά. Επίδειξη οργάνων υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (H₂O, CO₂), ορατού, Raman με μετασχηματισμό Fourier (KNO₃). Ηλεκτρονιακή φασματοσκοπία: κβαντικοί αριθμοί, μορφή καμπυλών δυναμικής ενέργειας, φασματοσκοπιοί όροι

Bernath: 256-257, 280-281, 293-294, 309, 324

Hollas: 186-187, 188-195

Banwell: 113-116, 121, 182-184

Brown: 50-51, 52, 56, 64-66 (42-44, 47, 54-55)

Άσκηση: Η σταθερά δονήσεως του HI στην θεμελιώδη ηλεκτρονιακή κατάσταση είναι 2309.01 cm^-1 και η σταθερά περιστροφής είναι 6.42636 cm^-1. Να βρείτε ποια δονητική και ποια περιστροφική κατάσταση έχει τον μεγαλύτερο πληθυσμό σε 293 K. Να υπολογίσετε κλασικώς την περίοδο δονήσεως και περιστροφής αυτών των καταστάσεων και την σταθερά δυνάμεως (σε N/m).

Άσκηση: Δίνονται οι συντελεστές Dunham για το ¹²C¹⁶O σε cm^-1:

Y10	2169.812 615(26)
Y20	-13.287 812 0(87)
Y30	0.010 383 46(980)
Y40	0.74003(1300) x 10-4
Y50	-0.13737(5913) x 10-6
Y01	1.931 280 858 2(555)
Y11	-0.017 504 036 7(1302)
Y21	0.48650(4041) x 10-6
Y31	0.33387(2754) x 10-7
Y02	-0.612 159 11(230) x 10-5
Y12	0.100669(3765) x 10-8
Y22	-0.177 14(2551) x 10-9
Y03	0.589265(709) x 10-11
Y13	-0.145467(300) x 10-12
Y04	-0.360976(20) x 10-16
Y14	-0.6845(47) x 10-18
Y05	-0.471 36(167) x 10-22

Να υπολογίσετε την θέση της μεταπτώσεως (v" = 0, J" = 10) → (v' = 3, J" = 9).

13/12/2019: Ηλεκτρονιακή φασματοσκοπία: Ονοματολογία, συμβολισμοί, δονητική και περιστροφική υφή φασμάτων, ταινίες και κλάδοι, ακολουθίες και πρόοδοι, διαγράμματα Fortrat, κεφαλές ταινιών, υπολογισμοί θέσεων μεταπτώσεων, π.χ. I₂. Πορείες αποδιεγέρσεως, φωτοϊοντισμός.

Brown: 68-77 (57-65)

Hollas: 242-257

Banwell: 162-176, 185

Bernath: 324-337

10/1/2020: Ηλεκτρονιακή φασματοσκοπία, απορροφήσεις πολλών φωτονίων (MPI, REMPI), lasers, χρήση φασματοσκοπίας σε χημικές μελέτες: προετοιμασία και ανίχνευση αντιδρώντων και προϊόντων, μετασχηματισμός Fourier, συνέλιξη.

Hollas: 260-261, 337-341, 346-363, 371-372, 48-59

Μέχρι τις 12/1/2020 μπορείτε να συμπληρώσετε το ερωτηματολόγιο του μαθήματος.