Chimica Fisica 1 Modulo A
Chimica e Chimica Industriale
Dario Bressanini
http://scienze-como.uninsubria.it/bressanini
Informazioni
Laureato a Milano. Dottorato a Milano
Corsi di
Chimica Fisica 1 (Modulo A)
I anno
PROPEDEUTICO
Programmazione e Simulazione
3 Crediti III anno
(Linguaggio C)
Chimica Fisica degli alimenti
7 Crediti II anno sp.
Ricevimento: Tel. 031-3286622 [email protected]
Via Lucini 3 - Como
© Dario Bressanini
2
Orario
Martedì
9-12
2.1
Mercoledì 9-11 2.1
© Dario Bressanini
3
Struttura del Corso
Lezione con slides powerpoint
scaricabili da
http://scienze-como.uninsubria.it/bressanini
Esercitazioni con la Dr.ssa Silvia Tarasco
Generalmente il martedì (non tutte le settimane)
Alcuni argomenti extra
Correlati alla termodinamica, ma non strettamente materia di esame
Anche su vostra richiesta
© Dario Bressanini
4
Esame
Compito scritto + orale max 2 settimane
2 Appelli tra giugno e luglio
1 appello a settembre
1 appello a febbraio
NON ci saranno altri appelli
Lo scritto è valido solo per un appello
Contribuisce al voto finale
© Dario Bressanini
5
Consigli in ordine sparso
La matematica e’ fondamentale ... ma non è sufficiente!
La Teoria e’ indispensabile per passare lo scritto.
… IMPARATE A STUDIARE …
Fate degli esercizi. Rifate gli esercizi fatti a lezione
Se qualche cosa non è chiara CHIEDETE!
Prof. Bressanini: teoria
Dr.ssa Tarasco: esercizi
Studiate con regolarità. NON rimanete indietro.
Fissatevi una media da mantenere.
© Dario Bressanini
6
Libri di Testo
Atkins:
Physical Chemistry
6th edition
© Dario Bressanini
Atkins:
Physical Chemistry
7th edition
Atkins:
Physical Chemistry
8th edition
7
Spunti e Materiale Supplementare
Biblioteca
World Wide Web
La vita di tutti i giorni….
(giornali, TV, fumetti, pubblicita’...)
© Dario Bressanini
8
Le Basi Della Chimica
© Dario Bressanini
9
Le Basi Della Chimica
Cinetica, Spettroscopia
III anno
Meccanica Quantistica e Termodinamica Statistica
Complementi di Chimica Fisica
Chimica Fisica
II anno
Termodinamica
Chimica Fisica 1 Modulo A
© Dario Bressanini
I anno
10
Requisiti di Matematica
Risoluzione di equazioni. Proprieta’ delle funzioni
elementari (potenze, logaritmi, esponenziali)
Capacita’ di tracciare grafici a partire da funzioni
Calcolo differenziale in una variabile
Derivate
Differenziali
Integrali
Calcolo delle derivate parziali
© Dario Bressanini
11
Natura e Matematica
“il Grande libro della Natura e’ scritto
nel linguaggio della matematica, e non
possiamo capirla se prima non ne
capiamo i simboli“
Galileo Galilei
“In science, there is only physics; all
the rest is stamp collecting”
Ernest Rutherford
© Dario Bressanini
12
Chimica e Matematica
"We are perhaps not far removed from the time,
when we shall be able to submit the bulk of
chemical phenomena to calculation”
Joseph Louis Gay-Lussac - 1808
“The underlying physical laws necessary for the
mathematical theory of a large part of physics and
the whole of chemistry are thus completely
known, and the difficulty is only that the exact
application of these equations leads to equations
much too complicated to be soluble”
P.A.M. Dirac - 1929
© Dario Bressanini
13
Scienze e Matematica
1700
1800
1800
1900
1940
1970
1980
–
–
–
–
–
–
–
Fisica Classica
Elettromagnetismo
Termodinamica
Meccanica Quantistica
Chimica
Biologia
Economia
Non tutti la pensavano alla stessa maniera …
Every attempt to employ mathematical methods in the study of
chemical questions must be considered profoundly irrational and
contrary to the spirit of chemistry… If mathematical analysis should
ever hold a prominent place in chemistry – an aberration which is
happily almost impossible – it would occasion a rapid and widespread
degeneration of that science.
Auguste Compte
14
© Dario Bressanini
La Chimica Fisica
Termodinamica Classica
Termodinamica Statistica
Meccanica Quantistica, struttura Atomica e Molecolare
Elettrochimica
Cinetica Chimica
(velocita’ delle reazioni)
Spettroscopia
(IR, UV, NMR, X, EPR, Laser…)
Chimica Computazionale
(simulazioni al calcolatore)
La Chimica Fisica fornisce anche un supporto agli altri settori della
chimica (organica, analitica, etc.) sia a livello concettuale (es.
Orbitali) che di tecniche sperimentali (es. NMR, IR, etc.)
© Dario Bressanini
15
Sviluppi attuali della Chimica Fisica
Sviluppo e utilizzo di nuove spettroscopie (Laser, NMR 2D,…)
Calcoli teorici ab initio di proprieta’ di atomi e molecole
Predizione di reazioni
“design” di reazioni chimiche organiche
Progettazione di farmaci
Astrochimica. Paleochimica. Chimica atmosferica (buco
dell’ozono, Effetto serra,…)
Predizione di proprieta’ di liquidi e solidi. “material design”
Concettuale: Cosa sono le molecole? Cosa e’ un legame?
Esistono gli atomi nelle molecole?
© Dario Bressanini
16
Che cos’è una molecola?
H2
C3
c-C3H
C5
C5H
C6H
AlF
C2H
l-C3H
C4H
l-H2C4
CH2CHCN HCOOCH3 CH2OHCHO
AlCl
C2O
C3N
C4Si
C2H 4
CH3C2H
CH3COOH?
C2
C2S
C3O
l-C3H2
CH3CN
HC5N
C7H HCO
CH
CH2
C3S
c-C3H2 CH3NC
HCOCH3 H2C6
CH+
HCN
C2H 2
CH2CN CH3OH
NH2CH3
c-C2H4O HC3NH+
CH3C3N
CH2CHOH
CH2D+
CH4
CH3SH
CN
HC2CHO
CO
HCO+
HCCN
HC3N
NH2CHO
CO+
HCS+
HCNH+ HC2NC C5N
CP
HOC+
HNCO
HCOOH
CSi
H2O
HNCS
H2CHN
HCl
H2S
HOCO+ H2C2O
KCl
HNC
H2CO
H2NCN
NH
HNO
H2CN
HNC3
NO
MgCN
H2CS
SiH4
Molecole presenti in comete, nebulose, spazio interstellare…
© Dario Bressanini
17
La Termodinamica
A theory is the more impressive the greater the simplicity of
its premises, the more different are the kinds of things it
relates, and the more extended is its range of applicability.
Therefore, the deep impression which classical
thermodynamics made upon me. It is the only physical theory
of universal content which I am convinced, that within the
framework of applicability of its basic concepts, will never be
overthrown.
Albert Einstein
E’ alla base della Chimica
E’ la prima teoria assiomatica completa che studiate
© Dario Bressanini
18
Termodinamica Chimica
Il nostro approccio segue la termodinamica “classica”,
sviluppata da Gibbs, Maxwell, Helmoltz, Kelvin,
Clausius e altri, con in più l’assioma dell’esistenza degli
atomi e delle molecole.
Partiamo dalle proprieta’ dei Gas e arriviamo
all’equilibrio chimico.
Studiamo le proprieta’ della materia, lo scambio di
energia e la spontaneita’ delle trasformazioni.
© Dario Bressanini
19
Termodinamica Chimica
Enunceremo esplicitamente gli assiomi su cui è
costruita
Utilizzeremo esempi dalla vita di tutti i giorni per
spiegare concetti termodinamici (... e diventerete anche
cuochi/cuoche migliori )
Studieremo la Termodinamica dei sistemi in equilibrio
© Dario Bressanini
20
Sviluppo della Termodinamica
Rumford
1782
Carnot
1820’s
Joule, Kelvin, Clausius
1840’s
-60’s
Caratheodory
Onsager
Gibbs
1880’s-90’s
1909
`
1930’s
1882
Slater
1939
Truesdell
Coleman
Noll
Katchalsky&
Curran
Broecker&
Oversby
Bowen
Mitchell
Collins
Houlsby
1950’s-60’s
1960’s-70’s
1980
1970’s,80’s,90’s
© Dario Bressanini
Helmholtz
Prigogine
1950’s
21
La Termodinamica intorno a noi
© Dario Bressanini
22
Importanza della Termodinamica
La Termodinamica e’ necessaria se si vuole discutere di:
Global Warming
Effetto Serra
Protocollo di Kyoto
Inquinamento
Energia pulite (???), alternative, rinnovabili,…
…
Vorrei che nei parlamenti entrasse qualche politico
che chiacchierasse di meno ma conoscesse bene la
termodinamica
© Dario Bressanini
Tullio Regge, La Repubblica 6/15/2001
23
Una Buona Teoria Scientifica
Spiega i difetti delle teorie precedenti e le ingloba
Ha caratteristiche predittive
Spiega fenomeni complessi in termini di fenomeni più
semplici (in chimica, fenomeni atomici e molecolari)
È elegante e semplice (Rasoio di Occam)
"The great tragedy of Science - the slaying of a
beautiful hypothesis by an ugly fact."
T.H. Huxley
© Dario Bressanini
25
Rasoio di Occam
Entia non sunt multiplicanda
praeter necessitatem
William van Occam (1290-1349)
Spiegazioni piu’ semplici dello
stesso fenomeno sono da preferire
a spiegazioni piu’ complicate.
© Dario Bressanini
26
Esempi
Meccanica Classica Newtoniana
Meccanica Quantistica
Relativita’ Speciale
Relativita’ Generale
Elettrodinamica Quantistica
GUT ?
Astrologia e Oroscopi
Omeopatia
Cristalloterapia, Fiori di Bach, …
…?
© Dario Bressanini
31
Evoluzione della Scienza
“Ho mal d’orecchio”
2000 BC “Tieni, Succhia questa radice miracolosa”
1000 AD “Quella radice e’ veleno. Recita questa preghiera”
1850 AD “Questa preghiera e’ superstizione.
Bevi questa pozione”
1940 AD “Questa pozione e’ veleno. Ingoia questa pillola”
1985 AD “Questa pillola non funziona.
Prendi questo antibiotico”
2000 AD “ Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale.
Tieni, succhia questa radice biodinamica”
© Dario Bressanini
32
