Chimica Fisica (CTF)

 

Physical chemistry

 

Anno accademico 2015/2016

Codice attività didattica
FAR0020
Docente
Gloria BERLIER (Titolare del corso)
Corso di studio
[f003-c504] laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche - a torino
Anno
2° anno
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Consigliata
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Conoscenza dell’analisi matematica (funzioni, derivate, differenziali, integrali) svolti nel corso di Matematica del 1° anno CTF, nonché delle nozioni di matematica dei programmi della scuola media superiore (es. logaritmi, trigonometria, ecc.). Conoscenza delle nozioni generali di chimica e di fisica svolte nei corsi di Chimica generale ed inorganica e di Fisica del 1° anno.
 
 

Obiettivi formativi

  • ITALIANO
  • ENGLISH

Lo scopo del corso è fornire agli studenti i concetti fondamentali della termodinamica, della cinetica chimica, della struttura della materia e della spettroscopia elettronica.

 

Risultati dell'apprendimento attesi

  • ITALIANO
  • ENGLISH

Ci si aspetta che gli studenti acquisiscano le nozioni fondamentali relative ai concetti di temperatura, calore ed energia, funzioni di stato e processi reversibili; che conoscano i principi della termodinamica e l'utilizzo del potenziale chimico (energia libera) per descrivere equilibri (equilibrio chimico, diagrammi di fase, sistemi elettrochimici, membrane). Sono richieste nozioni relative ai concetti di funzione d'onda, all'effetto di concentrazione e temperatura sulla velocità di una reazione ed ai concetti fondamentali della cinetica (rate determining step, ipotesi dello stato stazionario, complesso attivato e stato di transizione, meccanismi di reazione). Gli studenti dovrebbero acquisire conoscenze di base relative ai sistemi colloidali ed ai fenomeni legati all'interazione della radiazione UV-Vis con molecole organiche (fenomeni di assorbimento ed emissione, intensità degli spettri).

 

 

Programma

  • ITALIANO
  • ENGLISH

Gli argomenti trattati, dopo un’introduzione sugli approcci microscopico e macroscopico per la descrizione del comportamento di un sistema, sono i seguenti:

1) I gas

I gas ideali. Le leggi dei gas: legge di Boyle, legge di Charles, legge dei gas perfetti. Teoria cinetica dei gas, miscele di gas ideali, pressioni parziali (legge di Dalton). I gas reali. Equazione di Van der Waals

2) Termodinamica classica

Energia potenziale di due particelle. Equilibrio meccanico, chimico e termico. Definizione di equazioni di stato. Processo reversibile e processo irreversibile.

I principio della termodinamicaLavoro e Calore. Processi adiabatici e non adiabatici. Funzioni di stato: energia interna, entalpia, capacità termiche a pressione e volume costante  (Cp e Cv). Termochimica.Entalpia standard, entalpie di reazione, processi endotermici e esotermici, entalpie di formazione, Legge di Hess.

II principio della termodinamica. Postulato di Kelvin e di Clausius. Ciclo di Carnot. Entropia. Energia libera di Gibbs. Energia libera di Helmholtz. Equazioni fondamentali della termodinamica. Dipendenza dalla pressione e dalla temperatura.

III principio della termodinamica. Teorema di Nerst. Entropia assoluta.

Termodinamica delle miscele Energia libera di una soluzione. Soluzioni ideali. Legge di Raoult. Legge di Henry. Soluzioni non ideali. Grandezze molali parziali. Attività e coefficiente di attività. Potenziale chimico. Sistemi aperti. Proprietà colligative.

Le trasformazioni fisiche delle sostanze pure. I diagrammi di stato. Stabilità delle fasi e transizioni di stato. Equazioni di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron. Fasi, componenti e gradi di libertà. I sistemi a due componenti. Miscele azeotropiche.

Equilibrio chimico e Energia libera. Costante di equilibrio termodinamico. Equazione di Gibbs-Helmholtz.  Equazione di Van’t Hoff.

3) Elettrochimica. Elettrodi e celle elettrochimiche. Forza elettromotrice ed energia libera. L’equazione di Nerst. Determinazione dei potenziali standard e di coefficienti di attività.

4) Fenomeni di membrana. Equilibri di membrana di Donnan. Potenziali di membrana.

5) Cinetica chimica. Velocità delle reazioni chimiche. Equazioni cinetiche, Ordine di reazione. Equazione di Arrhenius. Meccanismi di reazione. Reazioni consecutive, reazioni parallele. Reazioni catalizzate da enzimi. Modello del complesso attivato.

6) La struttura. I principi della meccanica quantistica. L’equazione di Schrödinger. Funzioni d’onda. Principio di indeterminazione. Gli orbitali molecolari. Schema degli O.M. di molecole semplici. Sistemi colloidali.

7) La spettroscopia elettronica Interazione radiazione-materia. Spettroscopia di assorbimento UV-Vis e di emissione (fluorescenza e fosforescenza). Cenni ad altre tecniche spettroscopiche.

 

 

Modalità di insegnamento

  • ITALIANO
  • ENGLISH

L'insegnamento consiste in una serie di lezioni frontali coadiuvate dalla proiezione di diapositive. Le diapositive sono volutamente sintetiche, e contengono i principali concetti, formule ed equazioni. Una versione più discorsiva dello stesso materiale è disponibile online. Tale materiale può essere utile ad approfondire concetti insieme o in alternativa ai libri di testo. E' consigliata la frequenza perchè a lezione vengono indicati quali sono i concetti principali e le parti da tralasciare.

Circa 12 ore sono dedicate allo svolgimento alla lavagna di ezercizi numerici, propedeutici al superamento dell'esame scritto.

 

Modalità di verifica dell'apprendimento

  • ITALIANO
  • ENGLISH

Nessuna prova in itinere. Esame scritto necessario per accedere all'orale, con il voto minimo d 18/30. I voti di scritto ed orale non fanno media matematica, in quanto il superamento dell'esame scritto è considerato soltanto un requisito minimo per accedere all'orale.  L'esame scritto non è verbalizzante e non ha scadenza. Gli studenti possono quindi superare l'esame scritto e sostenere poi l'orale senza limiti di tempo. 

L'esame scritto consiste di 6 esercizi (5 punti ad esercizio) da svolgere in non più di 2 ore. Nella valutazione viene considerato sia il risultato finale che lo svolgimento. E' quindi necessario riportare in modo chiaro lo svolgimento dell'esercizio.

L'esame orale è volto a valutare la comprensione da parte dello studente dei concetti fondamentali del corso, anche attraverso una buona padronanza delle funzioni ed equazioni sviluppate durante il corso. In genere si parte da domande molto generali sui concetti principali della termodinamica (es primo principio, energia libera etc) e/o della cinetica (dipendenza della velocità di reazione da temperatura e concentrazione, cinetica enzimatica, etc), a cui seguono domande più specifiche di approfondimento ed almeno una domanda su un argomento diverso (incluse le proprietà dei sistemi colloidali, l'elettrochimica o la spettroscopia). E' necessaria una buona padronanza di formule e grafici, ma per il superamento dell'esame non è sufficiente uno studio mnemonico,  è richiesta una comprensione dei concetti principali.

 

Testi consigliati e bibliografia

 

"Chimica Fisica 1“  R. Chang  Ed. Zanichelli, P.W. Atkins, J. De Paula “Chimica Fisica Biologica 1” Ed. Zanichelli; J. De Paula "Chimica Fisica ", Ed. Zanichelli; P.W. Atkins.

Approfondimenti (otpional reading)

"Le cinque equazioni che hanno cambiato il mondo “ M. Guillen, Ed. TEA; “Energia per l'astronave Terra”, V. Balzani e N. Armaroli,  Coll. Chiavi di lettura, Ed. Zanichelli; “Le regole del gioco”  P. Atkins, Coll. Chiavi di lettura, Ed. Zanichelli.

 

Note

  • italiano
  • inglese

Il corso è organizzato in lezioni frontali relative ala parte teorica ed in una parte di esercitazioni numeriche in cui si vogliono fornire agli studenti gli strumenti per superare la prova scritta.

Ricevimento su appuntamento per e-mail o telefono

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    Ultimo aggiornamento: 07/10/2015 09:57
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