Esempio:un analisi elementare mostra che un composto contiene atomi di carbonio e atomi di idrogeno in egual numero. La formula bruta : CHSe da altre misure troviamo che nel composto gli atomi di carbonio sono 6, la formula molecolare diventa C6H6

http://webbook.nist.gov/chemistry/form-ser.html

moti energetici di una molecola biatomica

vibrazione

rotazione

traslazione

moti energetici diuna molecola poliatomica

Per i moti interni (vibrazioni e rotazioni) la situazione molto pi complicata

Livelli energetici delle molecole:

elettronici vibrazionali rotazionali

assorbimentodi un fotoneemissionedi un fotone

(luce visibile) (luce infrarossa) (micro-onde)

Rstati vibrazionaliR

In un oscillatore armonico (forza proporzionale alla distanza) i livelli sono equidistanziati in energia e la spaziatura funzione della costante di forza delloscillatore

Stretching simmetrico

Stretching asimmetrico

Bending simmetrico

etc.

Requisiti perch un fotone possa provocare una eccitazione da un livello inferiore ad un altro superiore:

Transizione elettronica: la simmetria dellorbitale elettronico deve cambiare ( = 1).

Lenergia del fotone deve essere in risonanza.

Transizione vibrazionale e/o rotazionale: la molecola deve essere polare.

stati rotazionaliR

01

2

3

4

5

6

7

eteronucleare

0

2

4

6

omonucleare(bose)

1

3

5

7

omonucleare(fermi)

INFRAROSSO:

range di lunghezza donda: = 0.78 1000 m

numero donda: = -1 (di solito in cm-1)

range di numero donda: 12800 10 cm-1

Sorgenti di luce IR:

Nernst glower: un cilindro (di solito con diametro di 1-2 mm, e lungo 20 mm) di ossidi di terre rare. Una corrente elettrica passa attraverso il cilindro che pu arrivare alla temperatura di 2200 K.

Sorgente globare: una barra di carburo di silicio (di solito con un diametro di 5 mm e lunga 50 mm) scaldata elettricamente a circa 1500 K.

Sorgente a filamento incandescente: una spirale di filo al nichel-cromo, scaldata elettricamente a circa 1100 K.

Rivelatori di luce IR:

Termocoppie:consistono in una coppia di giunzioni di metalli diversi: la differenza di potenziale cambia a seconda della differenza di temperatura tra le giunzioni.

Elementi piroelettrici:Sono componenti che cambiano la capacit con i cambiamenti di temperatura (breve tempo di risposta).

Elementi fotoelettrici:Sono componenti che cambiano la loro resistenza elettrica con i cambi di temperatura (tempo di risposta molto breve, pi breve dei piroelettrici).

Bond Frequency (cm-1) Intensity

OH 3200-3500 strong and broad

NH 3100-3500 medium

CH 2850-3100 medium to strong

C=O 1630-1800 strong

C=C 1600-1680 weak

CO 1050-1250 strong

Vibration Frequency (cm-1) Intensity

Alkane

C-H stretching 2850-3000 strong

CH2 bending 1450 medium

CH3 bending 1375 and 1450 weak to medium

Alkene

C-H stretching 3000-3100 weak to medium

C=C stretching 1600-1680 weak to medium

AromaticC-H stretching 3030 medium to weak

C-H bending 690-900 strong

C=C stretching 1475 and 1600 strong to medium

Metanolo H C O H

H

H

OHstretching

CHstretching

CH3bending

Benzene

CHstretching

C=Cstretching

CHbending

Benzene

Fenolo -O-H

OHstretching

IR fingerprints

Tra le seguenti molecole, a quale si riferisce lo spettro IR qui sotto?

- CH3-CH2-CH3

- CH3-CH2-CH2-OH

- CH3-CH2-CH2-Cl

OHstretching

CHstretching

CH3bending

Livelli energetici delle molecole:

elettronici vibrazionali rotazionali(luce visibilee UV)

(luce infrarossa) (micro-onde)

Spettro di assorbimento dellacqua

500 1000 1500 2000 2500

300

600

900

1200

1500

1800

2100

Lunghezza donda (nm)

Irrad

ianz

a so

lare

(W m

-2

m-1

)Spettro della luce solare

al di sopra dellatmosfera

a livello del mare

O3

O3

H2O

H2O

H2O H2O

O2 H2O e CO2 H2O e CO2 H2O e CO2

Nelle ere primordiali la vita non si poteva sviluppare sulle terre emerse, ma solo nel mare, perch le radiazioni ultraviolette impedivano la sintesi di molecole complesse.

La sintesi clorofilliana ha portato allaccumulo di ossigeno nellaria e quindi alla formazione di una fascia di ozono nella stratosfera.

Formazione dellozono stratosferico

O + O2 + M O3 + M

O3 + luce (

Radicale ossidrileOH + O3 HO2 + O2HO2 + O OH + O2---------------------------O + O3 2 O2

Atomi di cloro o di bromo:Cl + O3 ClO + O2ClO + O Cl + O2---------------------------O + O3 2 O2

Ossido nitricoNO + O3 NO2 + O2NO2 + O NO + O2---------------------------O + O3 2 O2

Cicli catalitici per la distruzione dellozono stratosferico

~6000 K

~300 K

7500

15000

0,025

0,050

0 1,00,5 1,5 2,0 3,0 9,0 15,0 21,0 27,0

Lunghezza donda (m)

Inte

nsit

rela

tiva

UV visibile IR

SOLE (~6000 K) TERRA (~288 K)

Radiazione solare che raggiunge latmosfera terrestre: 342 W/m2

EFFETTO SERRA

considerando la radiazione che verrebbe riemessa si ottiene, applicando la legge di Stefan-Boltzmann, una temperatura di 255 K cio -18C

Latmosfera terrestre contiene alcuni gas non trasparenti alle radiazioni infrarosse. Questo impedisce la dispersione delle radiazioni infrarosse nello spazio e la terra non si raffredda troppo.

H2O, CO2, N2O, etc.

temperatura media del pianeta negli ultimi mille anni

concentrazione media di CO2 nellatmosfera

Lo scioglimento dei ghiacciai

proprio colpa della CO2?

Sembra proprio di si.

Giga Tonnellate di CO2