Modulo di Chimica Fisica per Scienze Biologiche anno accademico

Modulo di Chimica Fisica per Scienze Biologiche
anno accademico 2011/2012
(Gli argomenti di cui occorre dimostrare una buona conoscenza sono indicati in grassetto)
I concetti di base della termodinamica. Sistema termodinamico; ambiente; sistema aperto,
chiuso, isolato; equilibrio meccanico, di materia, termico, equilibrio termodinamico; proprietà
termodinamiche intensive ed estensive; stato termodinamico, funzioni di stato, temperatura e
zeresimo principio della termodinamica, mole, pressione, volume, volume molare. Equazioni
di stato, equazione di stato del gas ideale, costante dei gas.
Primo principio della termodinamica. Lavoro e calore; lavoro di espansione; trasformazioni
reversibili. Energia interna, variazione di energia interna; principio della termodinamica; misura
della variazione di energia interna. Entalpia. Capacità termiche a volume e pressione costante.
Termochimica. Stato standard di una sostanza. Entalpia delle trasformazioni di cambiamento di
fase. Entalpia di legame. Entalpia delle trasformazioni chimiche; entalpia standard di reazione,
entalpia di combustione, combinazione delle entalpie di reazione e legge di Hess. Entalpia
standard di formazione.
Secondo principio della termodinamica. Trasformazioni spontanee e non spontanee; stato di
disordine; misura del disordine di materia ed energia, entropia. L’entropia è una funzione di stato.
Eguaglianza della variazione di entropia per un processo reversibile ed irreversibile tra gli stessi
stati iniziale e finale. Variazione di entropia per processi spontanei. Generalizzazione del secondo
principio. Entropia ed equilibrio. Entropia assoluta e terzo principio della termodinamica.
Entropia standard molare. Entropia di reazione.
Svolgimento spontaneo delle reazioni chimiche; l’energia di Gibbs; condizione di spontaneità e
raggiungimento dell’equilibrio in termini di energia di Gibbs; quantità massima di lavoro di non
espansione ottenibile.
Gli equilibri di fase delle sostanze pure. I diagrammi di stato; punti caratteristici, punto di
ebollizione e di congelamento ordinari, punto critico, punto triplo. Regola delle fasi. Diagramma di
stato dell’acqua, dell’anidride carbonica, dell’elio.
Le proprietà delle miscele. Proprietà molari parziali; volume molare parziale; energia di Gibbs
molare parziale; potenziale chimico. Potenziale chimico di un gas; potenziale chimico standard;
potenziale chimico di un gas in una miscela di gas ideali; condizione di equilibrio di fase per le
miscele. Soluzioni ideali. Il potenziale chimico dei componenti di una soluzione ideale; stati
standard. Pressione di vapore di una soluzione ideale; legge di Raoult. Soluzioni diluite ideali;
pressione di vapore del soluto in una soluzione diluita ideale; legge di Henry. Soluzioni non ideali.
Proprietà colligative; abbassamento della pressione di vapore; abbassamento crioscopico e
innalzamento ebullioscopio; pressione osmotica; legge di van’t Hoff della pressione osmotica;
osmosi e membrane cellulari; trasporto attivo.
I principi dell’equilibrio chimico. Avanzamento di una reazione chimica; condizione di equilibrio;
variazione dell’energia di Gibbs in funzione dell’avanzamento della reazione. Energia di
Gibbs di reazione; condizioni di spontaneità e di equilibrio di una reazione chimica.
Variazione dell’energia di Gibbs con la composizione; energia di Gibbs standard di reazione;
quoziente di reazione; costante termodinamica di equilibrio. Energia di Gibbs standard di
reazione in termini di entalpia ed entropia standard di reazione. Energia di Gibbs standard di
formazione. Effetto della temperatura sulla costante di equilibrio. Effetto delle presione sulla
composizione di equilibrio.