Διδαχθείσα ύλη, σχετική βιβλιογραφία και ασκήσεις

6/10/2023: Τι είναι και τι δεν είναι φασματοσκοπία; Τι φυσικά μεγέθη έχει στους άξονες ένα φάσμα; Βασικές εξισώσεις και περιοχές ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος, 3ο μέρος

Hollas: xxi-xxv, 27-29, 41-43
Bernath (2nd Ed.): 3-7, 9-10
Softley (en): 1-8
Brown (en): 1-5
Softley (ελ): 1-6
Brown (ελ): 1-4
ΑΣΦ: 92-99, 180-185

Ασκήσεις

Άσκηση 1: Το laser ιόντων αργού (Ar⁺) εκπέμπει σε λ = 514.5 nm. Να υπολογίσετε την συχνότητα, τον κυματαριθμό (αντίστροφο μήκος κύματος) και την ενέργεια ενός φωτονίου (σε joules και eV) αυτής της ακτινοβολίας και να προσδιορίσετε σε ποια φασματική περιοχή αντιστοιχεί αυτή.

Άσκηση 2: Πόσα ηλεκτρόνια έχει το ¹¹⁸Sn⁴⁹⁺;

13/10/2023: Εκπομπή μέλανος σώματος, κατανομή Planck, συντελεστές Einstein. Διευρύνσεις και μορφές φασματικών γραμμών. Μηχανισμοί διευρύνσεως: φυσικός, Doppler, πιέσεως, κ.ά.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Hollas: 27-39, 1-8
Bernath: 7-11, 21-34
McHale: 48-51, 153-170
Softley (en): 17-18
Brown (en): 14-17
ΑΣΦ: 108-109, 194-197

Ασκήσεις

Άσκηση 3: Χρησιμοποιώντας την σταθερά Wien (που δίνεται στην βιβλιογραφία) να υπολογίσετε το μήκος κύματος όπου παρατηρείται η εντονότερη εκπομπή ακτινοβολίας ενός μέλανος σώματος το οποίο έχει θερμοκρασία 1000 °C και να αναφέρετε σε ποια φασματική περιοχή ανήκει.

Άσκηση 4: Η γραμμή Lyman-α παρατηρείται σε λ = 121.5670 nm με συντελεστή Einstein για αυθόρμητη αποδιέγερση A = 4.6986 x 10⁸ s^-1. Να υπολογίσετε τον αντίστοιχο συντελεστή της εξαναγκασμένης αποδιέγερσης. Αν σε χρόνο 0 s υπάρχουν 1000 διεγερμένα άτομα, σε ποιο χρόνο θα υπάρχουν 100 διεγερμένα άτομα; Τι εύρος στα μισά του ύψους σε nm περιμένουμε να έχει αυτή η μετάπτωση;

Άσκηση 5: Μια κορυφή του CO που παρατηρείται σε κυματαριθμό 2100 cm^-1 τι εύρος θα εμφανίσει αν το αέριο έχει θερμοκρασία 300 K;

20/10/2023: Ατομική φασματοσκοπία: Υδρογονοειδή άτομα, κυματοσυναρτήσεις, σύζευξη τροχιακής στροφορμής και spin, λεπτή υφή, υπέρλεπτη υφή.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Hollas: 34-39, 1-12
Bernath: 109-124
Softley: 8-25, 29-35
ΑΣΦ: 109-127

27/10/2023: Ατομική φασματοσκοπία: Πολυηλεκτρονιακά άτομα, φασματοσκοπικοί όροι, διαγράμματα Grotrian, θεωρία κβαντικού ελλείμματος για άτομα αλκαλίων, πολλαπλότητα spin, επιτρεπτές και απαγορευμένες μεταπτώσεις. Επίδειξη φλόγας λύχνου Bunsen.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2o μέρος και 3o μέρος

Hollas: 199-201, 213-222, 105-106
Bernath: 124-141. 147-153
Sobelman: 8-15, 20-22, 34-38, 39-42
Herzberg Atomic Spectra: 26, 54-61, 64-66, 71-78, 143
Banwell: 139-148

ΑΣΦ: 129-142

Φάσματα H, O, He, Ne, Ar, Na, Li, ήλιου

Ασκήσεις

Άσκηση 6: Να υπολογίσετε τον κυματαριθμό της 2ης γραμμής Balmer και να δώσετε την λεπτή της υφή.

Άσκηση 7: Από το άρθρο Observation of the 1S-2S transition in trapped antihydrogen, M. Ahmadi et al., Nature 541 506-512 (2017) να βρείτε τον χρόνο ζωής της απαγορευμένης μεταπτώσεως του ατόμου του υδρογόνου 1S - 2S.

3/11/2023: Περιστροφική φασματοσκοπία: Ενέργεια, στροφορμή και ροπή αδράνειας μορίων, υπολογισμός ροπής αδράνειας, τύποι στρόβων. Διατομικά και γραμμικά μόρια: Χαμιλτωνιανή, κβαντικοί αριθμοί, ιδιοτιμές ενέργειας και στροφορμής, κυματοσυναρτήσεις, εκφυλισμός, κανόνες επιλογής, κατανομή πληθυσμών, θέσεις κορυφών, μορφή φασμάτων, ισοτοπική αντικατάσταση.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2o μέρος και 3o μέρος

Brown: 21-26 (18-22)
Hollas: 103-111
Bernath: 169-173
McHale: 209-212
Carrington: 146-152
Levine: 165-168

ΑΣΦ: 201-210

Κύριοι άξονες περιστροφής

Ασκήσεις

Άσκηση 8: Χρησιμοποιώντας γεωμετρικά δεδομένα από το CRC Handbook of Chemistry and Physics (9- 15-41) να υπολογίσετε τις ροπές αδράνειας των μορίων N₂, ClCN (γραμμικό), H₂S και τις φασματοσκοπικές σταθερές περιστροφής σε cm^-1 για τα δύο πρώτα. Να χρησιμοποιήσετε τις μάζες των πιο άφθονων ισοτόπων.

10/11/2023: Περιστροφική φασματοσκοπία πολυτομικών μορίων: Χαμιλτόνιος τελεστής, κβαντικοί αριθμοί, ιδιοτιμές ενέργειας και στροφορμής, κυματοσυναρτήσεις, εκφυλισμός, κανόνες επιλογής, φυγοκεντρική διόρθωση, μορφές φασμάτων.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Brown: 26-29
Bernath: 174-176, 185-200
Zare: 85-86, 89
Hollas: 103-105, 113-114
Banwell: 31-50
Levine: 195-213

Γεωμετρικά χαρακτηριστικά μορίων και φασματοσκοπικές σταθερές περιστροφής

Ασκήσεις

Άσκηση 9: Να καταγράψετε τις θέσεις των κορυφών του SiH₄ που φαίνεται στο σχήμα 5.10 της σελίδας 118 του βιβλίου του M.J. Hollas, να υπολογίσετε όποιες φασματοσκοπικές σταθερές του μορίου είναι δυνατό με βάση αυτό το φάσμα και να προσδιορίσετε το μήκος του δεσμού Si-H.

24/11/2023: Δονητική φασματοσκοπία διατομικών μορίων: Καμπύλη δυναμικής ενέργειας, δυναμικό Morse, ενέργεια, κβαντικοί αριθμοί, ενεργειακές στάθμες, φασματοσκοπικές σταθερές, κυματοσυναρτήσεις, κανόνες επιλογής, θεσεις κορυφών, μορφή φασμάτων, περιστροφική υφή δονητικών φασμάτων, κλάδοι P και R, συντελεστές Dunham.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Bernath: 208-220, 223-224
Hollas: 116-119, 126-131, 137-151
Banwell: 51, 55-69
ΑΣΦ: 213-232

Ασκήσεις

Άσκηση 10: Να υπολογίσετε την σταθερά δυνάμεως επαναφοράς (σε N/m) για το CO (ω_e = 2156 cm^-1) και για το I₂ (ω_e = 215 cm^-1).

Άσκηση 11: Να γράψετε την έκφραση για τις θέσεις των κορυφών του κλάδου R της δεύτερης υπέρτονης δονητικής ταινίας για μόριο που περιγράφεται από τις φασματοσκοπικές σταθερές ω_e, ω_ex_e, ω_ey_e, B_e, α_e.

1/12/2023: Δονητική φασματοσκοπία πολυατομικών μορίων: βαθμοί ελευθερίας, κανονικοί τρόποι δονήσεως, περιπτώσεις δονήσεων (εκτάσεις, κάμψεις), εκφυλισμοί, στροφορμή λόγω συνδυασμού δονήσεων, απλές και πιο σύνθετες εκφράσεις ενέργειας δονήσεως, μεταπτώσεις συντονισμού, συνδυασμού, ειδικές περιπτώσεις δυναμικών (αμμωνίας, ενδομοριακής περιστροφής), κλάδοι μεταπτώσεων. Επίδειξη κανονικών τρόπων δονήσεως μορίου σε υπολογιστή με GaussView.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Bernath: 226-230, 248, 250, 256-259, 262-264, 268, 270-271, 280
Hollas: 154-162, 166-168, 174-195
Banwell: 71-83
McHale: 270-305
Levine: 235-245, 258-260

Ασκήσεις

Άσκηση 12: Να σχεδιάσετε πρόχειρα τις καμπύλες δυναμικής ενέργειας που περιγράφουν την εσωτερική περιστροφή 2-φθοροφαινόλης και R-1-βρωμο,1-χλωροαιθανίου

Άσκηση 13: Δίνονται οι δονητικές σταθερές για το H₂O (με ν_i αντί ω_e): ν₁ = 3825.32 cm^-1, ν₂ = 1653.91 cm^-1, ν₃ = 3935.59 cm^-1, x₁₁ = -43.89 cm^-1, x₂₂ = -19.5 cm^-1, x₃₃ = -46.37 cm^-1, x₁₂ = -20.02 cm^-1, x₁₃ = -155.06 cm^-1, x₂₃ = -19.81 cm^-1. Να υπολογίσετε την θέση των μεταπτώσεων (v₁" v₂" v₃") → (v₁' v₂' v₃') = (000) → (001), (000) → (201), (000) → (004).

8/12/2023: Ηλεκτρονιακή φασματοσκοπία διατομικών μορίων: κβαντικοί αριθμοί, φασματοσκοπικοί όροι, κανόνες επιλογής μεταπτώσεων, διαγράμματα Fortrat. Επίδειξη φασματοφωτομέτρων ορατού και υπερύθρου.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Bernath: 24, 321-337
Hollas: 48-59, 225-237
Banwell: 20-26, 93-96, 162-163, 182-186
Herzberg, The Spectra and Structures of Simple Free Radicals: 17-53
ΑΣΦ: 248-258

Ασκήσεις

Άσκηση 14: Να σημειώσετε αν οι ακόλουθες ηλεκτρονιακές μεταπτώσεις διατομικών μορίων είναι επιτρεπτές ή απαγορευμένες: i) ²Π_3/2 - ²Φ_5/2, ii) ²Π_3/2 - ¹Σ⁺, iii) ¹Π_u - ³Π_g, iv) ²Π_3/2 - ²Σ^-, v) ¹Σ^-_g - ¹Σ^-_g, vi) ¹Π_3/2 - ¹Π_3/2

Άσκηση 15: Να καταγράψετε τα όρια του ορατού φάσματος.

Μέχρι τις 14/1/2024 μπορείτε να συμπληρώσετε το ερωτηματολόγιο του προπτυχιακού μαθήματος ή το ερωτηματολόγιο του μεταπτυχιακού μαθήματος.

15/12/2023: Ηλεκτρονιακή φασματοσκοπία διατομικών μορίων: αρίθμηση καταστάσεων, φωτοδιάσπαση, φωτοϊοντισμός, απορρόφηση πολλών φωτονίων. Ηλεκτρονιακή φασματοσκοπία πολυατομικών μορίων: παραδείγματα HCCH, C₆H₆, καμπύλες και επιφάνειες δυναμικής ενέργειας, διαγράμματα Jablonski. Μετασχηματισμός Fourier και επίδειξη οργάνου υπερύθρου με συζήτηση φασμάτων CO₂, H₂O, CO.

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Bernath: 359-361, 379-385, 388-390
Hollas: 253-260, 278-281
ΑΣΦ: 258-262

Ασκήσεις

Άσκηση 16: Στο άρθρο "The high resolution absorption spectrum of methane in the 10800-14000 cm^-1 region: literature review, new results and perspectives", A. Campargue, E. V. Karlovets, S. S. Vasilchenko and M. Turbet, Phys. Chem. Chem. Phys. 25, 32778-32799 (2023) περιλαμβάνεται το διπλανό φάσμα. Χρησιμοποιώντας τις μέσες τιμών των σημειωμένων ταινιών να υπολογίσετε τις τιμές των φασματοσκοπικών σταθερών δονήσεως: ν₁, ν₃, ν_b.

22/12/2023: lasers: Χαρακτηριστικά, κατηγορίες υλικών, τύποι λειτουργίας. Τεχνικές φασματοσκοπικών μελετών. Φασματοσκοπία Auger, Τεχνικές CARS, CRDS

Καταγραφή διαλέξεως: 1ο μέρος, 2ο μέρος

Hollas: 289-291, 317-324, 337-343, 345-362, 371-375, 382-387, 402-404
ΑΣΦ: 97-99, 129, 149-151, 262-267, 269-271, 317-319, 352-355, 357-358

12/1/2024: Αναδρομή σε παλιά θέματα. Παρουσίαση θεματολογίας επιστημονικών άρθρων που άπτονται της φασματοσκοπίας. Μοριακή δυναμική. Επίδειξη φασματοφωτομέτρου Raman με μετασχηματισμό Fourier.

Hollas: 393-396
ΑΣΦ: 127-128, 352, 354-355, 383-386, 400, 407-408