La materia e definita come tutto cio che possiede massa e occupa uno spazio fisico, manifestandosi in stati di aggregazione quali solido, liquido, aeriforme o gassoso. A livello microscopico, la teoria quantistica nasce per spiegare fenomeni preclusi alla fisica classica, come la quantizzazione dell energia e la natura ondulatoria della materia. Ogni sistema fisico e descritto in modo completo da una funzione d onda, la cui evoluzione e governata dall equazione di Schrodinger. Risolvendo tale equazione, si ottengono gli orbitali atomici e i relativi numeri quantici che definiscono l energia e la geometria della densita di probabilita elettronica.
Un aspetto fondamentale riguarda la suddivisione dell energia in livelli discreti. Mentre per i moti macroscopici e traslazionali la quantizzazione e spesso trascurabile, essa diventa cruciale per i moti rotazionali, vibrazionali ed elettronici. Le transizioni tra questi stati avvengono tramite l assorbimento o l emissione di radiazioni in specifiche regioni dello spettro elettromagnetico: le transizioni rotazionali interessano le microonde, quelle vibrazionali l infrarosso, mentre le transizioni elettroniche richiedono energie superiori tipiche dell ultravioletto e del visibile. La separazione energetica tra i livelli determina la stabilita molecolare e le proprieta spettroscopiche della sostanza analizzata.
Per comprendere come la popolazione molecolare si distribuisca tra questi livelli energetici in condizioni di equilibrio termico, si ricorre alla distribuzione di Boltzmann. Tale modello statistico stabilisce che, a temperature superiori allo zero assoluto, le molecole sono soggette a continua agitazione termica e tendono a occupare stati energetici differenti in base alla temperatura del sistema. Attraverso l uso della costante di Boltzmann, e possibile calcolare il rapporto tra il numero di molecole nello stato eccitato e quelle nello stato fondamentale, fornendo una descrizione quantitativa dell attivazione dei vari gradi di liberta molecolari.
Questo è solo un breve riassunto di ogni argomento, definizione e dimostrazione presente nel file sottostante. Tutti gli argomenti trattati sono appunti delle lezioni di Chimica – fisica II (A.A. 2023/2024). Per la stesura di questi appunti è stato utilizzato anche il libro “Chimica fisica di G. K. Vemulapalli”, “Chimica Fisica un approccio molecolare di D. McQuarrie e J. D. Simon” e “Chimica fisica P. Atkins”.
