MODULI CHIMICA-FISICA V CH a.s. 2006/2007 prof. Alfredo Tifi ENERGIA NEI SISTEMI (settembre – ottobre) Concetti:. energia cinetica; lavoro meccanico; energia interna come somma di fattori microscopici; energia cinetica rotazionale, energia vibrazionale, energia potenziale; gradi di libertà; principio di equipartizione; capacità termica molare; variabili macroscopiche; sistema; sistema chiuso; ambiente; stato di un sistema macroscopico; variazione di energia in un sistema macroscopico; funzione di stato; funzioni del processo; calore; lavoro di espansione; entalpia; entalpia standard di formazione; variazione dell’entalpia di reazione. Modelli e teorie: teorema di equipartizione dell’energia; legge di Dulong e Petit; primo principio della termodinamica Obiettivi: 1. Determinare i gradi di libertà di una molecola e la sua energia media ad alte temperature; 2. Calcolare la capacità termica molare a volume e a pressione costante di un gas a temperatura ambiente; 3. Calcolare il calore, il lavoro e la variazione di energia interna in trasformazioni a pressione e volume costante; 4. Calcolare rH e rE di reazioni chimiche. TRASFORMAZIONI SUL PIANO P-V (novembre) Concetti: trasformazione isocora, isobara, isoterma; lavoro massimo; integrale definito; adiabatica; trasformazione ciclica; trasformazione all’equilibrio meccanico e termico; trasformazione spontanea. Obiettivi: 5. Disegnare una trasformazione di un gas nel piano P-V; 6. Calcolare il lavoro come integrale definito nelle trasformazioni isobara e isoterma, reversibili e irreversibili; 7. Calcolare il calore e le variazioni delle funzioni di stato H ed E nelle trasformazioni isocora, isobara e isoterma, nel caso reversibile e irreversibile; 8. Calcolare il lavoro e le variazione di P, V e T nelle trasformazioni adiabatiche reversibili e irreversibili di gas ideali. IRREVERSIBILITÀ (dicembre - gennaio) Concetti: sistema chiuso; ambiente; sistema isolato; spontaneità; irreversibilità della trasformazione dell’intero sistema isolato; misura della irreversibilità; entropia; entropia statistica; entropia assoluta; entropia di miscela; massimo di entropia in un sistema chiuso; grado di avanzamento di una reazione; equilibrio; percorso reversibile; energia libera. Modelli e teorie: secondo principio della termodinamica; principio di Clausius; teorema di Gibbs; terzo principio della termodinamica. Obiettivi: 9. Calcolare il grado di irreversibilità di una trasformazione, ciclica o aperta; 10. Prevedere i segni delle variazioni di entalpia, entropia e di energia libera e la spontaneità in trasformazioni chimiche, passaggi di stato, ripartizione, trasformazioni sul piano PV, nei diagrammi di Ellingham e Francis. 11. Determinare la posizione (grado di avanzamento della reazione) dell’equilibrio chimico; 12. Calcolare la costante d’equilibrio di una reazione partendo da dati termodinamici tabulati. TERMODINAMICA DELLE PILE (febbraio - marzo) Concetti: lavoro utile; lavoro elettrico; differenza di potenziale; forza elettromotriche; potenziale di elettrodo; elettrodo di riferimento; elettrodo di misura; costante di Faraday; celle elettrochimiche; Modelli e teorie: isoterme di van’t Hoff e di Nernst. Obiettivi: 13. Calcolare il lavoro elettrico, il calore, le variazioni delle funzioni di stato che si verificano nei processi elettrochimici; 14. Calcolare il potenziale d’elettrodo 15. Calcolare la costante d’equilibrio dai potenziali di riduzione standard e la FEM della batteria dai dati delle grandezze termodinamiche. CIINETICA CHIMICA (aprile – maggio) Concetti: velocità di reazione; energia di attivazione; urti efficaci; fattore entropico; fattore entalpico; molecolarità; costante di velocità; ordine di reazione; catalizzatore; stadio limitante; intermedio d reazione; cinetica del 1° ordine; cinetica del 2° ordine; cinetica enzimatica. Modelli e teorie: teoria degli urti; legge di Arrhenius; teoria dello stato di transizione; modello di Michaelis – Menten del complesso attivato e dello stato stazionario; costante di saturazione, attività massima, numero di turnover, sito attivo. Obiettivi: 16. Calcolare la velocità di reazione; 17. prevedere l’effetto dei vari parametri (concentrazioni, temperatura, pressione, stato di suddivisione e presenza del catalizzatore) sulla velocità di reazione 18. determinare l’ordine di una cinetica da dati sperimentali; 19. determinare la velocità massima e la costante di Micaelis Menten dai dati sperimentali di una reazione enzimatica; 20. Individuare l’intervallo di linearità in una cinetica enzimatica in base ai parametri del modello di Micaelis Menten.