CHIMICA FISICA 1 (MODULO A)

A.A. di erogazione 2017/2018

Laurea triennale in CHIMICA E CHIMICA INDUSTRIALE
 (A.A. 2017/2018)

Docenti

Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Base
Settore disciplinare: 
CHIMICA FISICA (CHIM/02)
Attivita' formativa capogruppo: 
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
56
Dettaglio ore: 
Lezione (32 ore), Laboratorio (24 ore)

• Conoscenza dei principali processi termodinamici, delle grandezze in gioco e del loro significato fisico e chimico, sia a livello macroscopico che microscopico;
• Capacità di selezionare i concetti, le formule ed equazioni da applicare nella risoluzione dei problemi quantitativi e nell’analisi di dati sperimentali o delle caratteristiche quantitative di sistemi macroscopici; capacità di estrapolazione e di semplificazione di sistemi complessi da sottoporre all’analisi termodinamica;
• Valutazione dell’impatto di semplificazioni quantitative, degli errori connessi e delle differenze tra vari processi, sistemi e stati fisici.
• Abilità nel trasferire le proprie intuizioni e analisi al gruppo di lavoro.

Frequenza al corso di Istituzioni di Matematiche I: proprietà dei logaritmi e degli esponenziali reali e complessi, definizione e utilizzo dei concetti di funzione, derivata ed integrale; calcolo combinatoriale. Cenni sulle funzioni a più variabili, derivate parziali e differenziali.
Frequenza al corso di Chimica Generale e Inorganica I: reazioni chimiche e loro bilanciamento di carica e massa, unità di misura, stechiometria e concetti fondamentali sull’equilibrio chimico.

Introduzione alla Chimica Fisica e alle sue varie branche.
Principi e definizioni. Sistema e Ambiente. Sistemi aperti, chiusi, isolati e adiabatici. Modelli e astrazioni. Punti di vista Macroscopico e Microscopico: il concetto di molecola ed i suoi aggregati. Grandezze macroscopiche, definizione astratta di temperatura e equilibrio termico.
Principio zero della termodinamica. Equazione di stato sperimentale. Variabili di stato.
I Gas: le leggi dei gas ideali (Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro); diagrammi pVT; Equazione di stato dei gas ideali. Teoria cinetica dei gas. Esempi di processi spontanei e disordine molecolare/energetico. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann delle velocità. I gas reali: interazioni molecolari, fattore di compressione; i cambiamenti di fase e le costanti critiche; equazione di van der Waals e altre equazioni di stato; principio degli stati corrispondenti.
Prima legge della termodinamica
Calore, lavoro, energia interna; conservazione dell'energia; lavoro di compressione e di espansione; espansioni isoterme; capacità termica a volume costante e pressione costante; relazione tra Cp e Cv; relazione tra struttura molecolare, stato fisico e calore specifico. Entalpia; variazioni di entalpia con la temperatura; entalpia standard di trasformazione, legge di Hess, entalpia di formazione, ciclo di Born-Haber; legge di Kirchhoff; funzioni di stato; variazioni di energia interna; coefficiente di espansione; compressibilità isoterma; coefficiente di Joule-Thomson; espansioni adiabatiche.
Seconda legge della termodinamica
Processi spontanei, definizione statistica e termodinamica dell'entropia: variazione di entropia nei processi irreversibili; disuguaglianza di Clausius; variazioni di entropia in processi specifici; misure di entropia; Entropia di un gas ideale. Teorema di Nernst e terza legge della termodinamica; efficienza di processi termici: lavoro massimo, ciclo di Carnot, scala termodinamica delle temperature; refrigerazione; energia di Gibbs; funzioni di Gibbs molari standard; equazione fondamentale della termodinamical; proprietà della funzione di Gibbs: equazione di Gibbs-Helmholtz; potenziale chimico di un gas perfetto; gas reali e fugacità; stati standard; sistemi aperti e potenziale chimico: equazione fondamentale.
Trasformazioni fisiche di sostanze pure
Diagrammi di fase; equilibrio di fase; equazione di Clapeyron; equilibrio solido-liquido, liquido-vapore e solido-vapore; equazione di Clausius-Clapeyron; transizioni di fase.
Proprietà di miscele semplici
Grandezze parziali molari; equazione di Gibbs-Duhem; funzione di Gibbs, entalpia, entropia di mescolamento; potenziale chimico dei liquidi; soluzioni ideali: legge di Raoult, legge di Henry; miscele di liquidi; proprietà colligative: innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico, solubilità, osmosi; miscele di liquidi volatili: diagrammi tensione di vapore-composizione e temperatura-composizione; distillazione, azeotropi; soluzioni reali: coefficiente di attività, stati standard del solvente e del soluto.
Equilibrio chimico
Funzione di Gibbs di reazione; equilibrio di reazione; composizione all'equilibrio; costante di equilibrio e funzione di Gibbs standard di reazione; influenza della pressione e della temperatura sull'equilibrio: principio di Le Chatelier; equazione di van't Hoff; esempi di equilibri di reazione.

Lezioni frontali (48 ore): sviluppo teorico degli argomenti; simulazione di sistemi e processi fisici, soluzione di problemi quantitativi basati sugli argomenti del corso. 30h di esercitazioni quantitative con tutor differente dal docente.

Prova finale scritta in fasi e orale. Prova scritta composta di: a) 10 domande a riposta multipla (prima fase che conferisce accesso alla seconda in caso voto >6/10); b) 4 domande teoriche e quantitative (problemi d’abilità, voto 5/30 ciascuno); voto finale pari alla somma delle due parti. Prova orale basata sulla correzione dei compiti scritti e verifica delle capacità di utilizzo degli argomenti del corso in ambito chimico.
Il giudizio finale sullo studente sarà basato sulla prova scritta in termini della capacità di affrontare problemi quantitativi scegliendo il giusto contesto, concetti, equazioni, e sulla precisione nello sviluppo; il giudizio della parte orale verrà basato sull’attitudine al ragionamento e la capacita' di discutere semplici fenomeni chimico-fisici e la loro descrizione quantitativa. Il giudizio finale sarà concordato con il docente del Modulo B del Corso di Chimica Fisica I.

Robert J. Silbey, Robert A. Alberty, Moungi G. Bawendi, Physical Chemistry IV Ed., Wiley
Ken A. Dill, Sarina Bromberg, Molecular Driving Forces II Ed., Garland Science
Peter Atkins, Julio de Paula, Atkins’ Physical Chemistry IX Ed., Oxford University Press
Dispense ed appunti del corso, siti web con materiale rilevante.

Ricevimento, previo appuntamento, tutti i giorni.