Anno scolastico 2008/2009
Classe IV sez. C
Docenti:
Frumeno Carlo
Marmiroli Daniela
Libri di testo adottati:
Pasquetto-Patrone, "CHIMICA FISICA", vol. 1 e vol.2
PROGRAMMAZIONE ANNUALE DI CHIMICA FISICA
OBIETTIVI
Alla fine del corso di chimica fisica del quarto anno lo studente deve avere acquisito conoscenze
relative alle proprietà dei sistemi nei diversi stati di aggregazione, operando passaggi fra aspetti
macroscopici e microscopici, effettuando misure e applicando leggi e modelli. Deve saper discutere ed
effettuare calcoli sulle trasformazioni fisiche e chimiche dei sistemi, attraverso lo studio delle funzioni
termodinamiche, applicando i principi della termodinamica classica e dandone spiegazione a livello
microscopico, applicando perciò tutte le conoscenze acquisite nei corsi paralleli di chimica e
matematica. Lo studio delle condizioni di equilibrio comincerà in quarto anno con gli equilibri di fase.
Lo studente deve possedere un adeguato linguaggio specifico e la capacità di discutere dei contenuti
del corso anche in relazione ad altre discipline.
CONTENUTI
MODULO 1 - Le leggi della materia in fase gassosa
Lo stato gassoso della materia e suoi parametri.
Legge di Boyle.
Legge isobara di Charles.
Legge isocora di Gay-Lussac.
Legge di Avogadro.
Rappresentazioni grafiche delle trasformazioni nel piano P-V o di Clapeyron.
Equazione di stato dei gas ideali.
Legge di Dalton sui miscugli gassosi.
Densità dei gas.
Raccolta del gas su bagno liquido.
Metodo dì Dumas per determinare la massa molare di una sostanza facilmente vaporizzabile.
MODULO 2 - Teoria cinetica molecolare
Gas ideali.
Equazioni di Ctausius-Krönig.
Conferma delle leggi empiriche dei gas.
Calcolo dell'energia cinetica media delle molecole dei gas.
Calcolo della velocità media delle molecole dei gas.
Legge di Graham.
La distribuzione delle velocità tra le molecole di un gas.
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MODULO 3 - Gas reali
Coefficienti di compressibilità.
Temperatura di Boyle.
Equazioni di van der Waals.
Temperatura critica e liquifazione dei gas.
Diagramma di Andrews.
Curva di Mathias.
Effetto Joule-Thomson e temperatura di inversione.
MODULO 4 - Passaggi di stato di aggregazione della materia
Curve di riscaldamento e di raffreddamento.
Teoria cinetica molecolare dei passaggi di stato.
Equazione di Clapeyron.
Pressione di vapore.
Regola di Trouton.
MODLO 5 - I sistemi termodinamici
Oggetto della termodinamica chimica.
Calore e lavoro.
Sistema ed esterno.
Sistemi a due e tre variabili.
Trasformazioni reali e quasistatiche.
Trasformazioni aperte e trasformazioni chiuse o cicliche.
Convenzione dei segni.
Principio zero della termodinamica.
MODULO 6 - Primo principio della termodinamica
Equivalenza fra calore e lavoro.
Energia interna.
Unità stechiometrica.
Il calore e il lavoro non sono in genere funzioni di stato.
Processi reversibili e processi irreversibili.
Calcolo del lavoro scambiato dal sistema in una trasformazione aperta.
Calcolo del lavoro scambiato da un gas ideale in una trasformazione isoterma e reversibile.
Diagrammi indicatori del lavoro meccanico scambiato da una mole di gas ideale.
Lavoro scambiato da un gas ideale in una trasformazione irreversibile.
Lavoro massimo compiuto dal sistema.
Calore specifico.
L'energia interna dei gas ideali e il teorema di equipartizione dell'energia.
Calori specifici dei gas ideali. Relazioni empiriche dei calori specifici.
Il primo principio della termodinamica e le trasformazioni fondamentali dei gas ideali.
Trasformazione adiabatica.
MODULO 7 - Termochimica
Il primo principio della termodinamica applicato ai sistemi chimici.
Calorimetri e calorimetria.
Legge di Hess. Stato standard.
Entalpia standard di reazione.
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Calcolo di ΔH dai dati di ΔU.
Diagrammi entalpici.
Entalpia di formazione di uno ione.
Il calore di soluzione.
Variazione dell'entalpia di reazione con la temperatura.
Energia di legame.
Energia di risonanza.
MODULO 8 - II secondo e il terzo principio della termodinamica
Limiti di validità del primo principio della termodinamica.
Il secondo principio della termodinamica e le macchine termiche.
Equivalenza degli enunciati di kelvin e di Clausius.
Rendimento di un ciclo motore.
Ciclo di Carnot. Teorema di Carnot.
Uguaglianza di Clausius ed entropia.
Calcolo della variazione di entropia dei sistemi materiali.
Entropia e processi irreversibili.
Significato dell'entropia.
Disuguaglianza di Clausius.
La degradazione dell'energia.
Terzo principio della termodinamica.
Spontaneità di una reazione: fattore entalpico e fattore entropico.
METODI
Per lo svolgimento del programma si utilizzano lezioni tradizionai frontali ed interattive, supportate da
esempi pratici ed esercizi al fine di migliorare l’apprendimento.
MEZZI
Si prevede l’utilizzo di supporti audiovisivi, di computer, di lavagne luminose per la proiezione di lucidi.
COLLABORAZIONI
Eventuale collaborazione con esperti esterni per approfondire argmenti di particolare interesse
SPAZI
Le lezioni si terranno nell’aula tradizionale, in laboratorio e nell’aula multimediale.
VERIFICHE
Interrogazioni orali periodiche, verifiche scritte.
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