A.A. 2014/2015 Corso di Laurea Triennale in Chimica e Chimica

A.A. 2014/2015
Corso di Laurea Triennale in
Chimica e Chimica Industriale
Chimica Fisica I Mod. A
Codice SCC0414
Massimo Mella
CFU
SSD
Lezioni
(ore)
Esercitazioni
(ore)
Laboratorio
(ore)
Anno
Lingua
6
CHIM/02
32
24
0
I
Italiano
Obiettivi dell’insegnamento e risultati di apprendimento attesi
Riportare una descrizione delle conoscenze, competenze e abilità che lo studente dovrà
dimostrare di aver acquisito al termine del corso, eventualmente facendo riferimento ai
descrittori di Dublino.
 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.
Prerequisiti
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.
Contenuti e programma del corso
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 vaporecomposizione 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.
Tipologia delle attività didattiche
Lezioni frontali (32 ore): sviluppo teorico degli argomenti;
Esercitazioni quantitative (24 ore): simulazione di sistemi e processi fisici, soluzione di
problemi quantitativi basati sugli argomenti del corso.
Testi e materiale didattico
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
Modalità di verifica dell’apprendimento
Prova finale scritta d orale: prova scritta composta di 4-5 domande teoriche e quantitative
(problemi d’abilità); 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 estemporaneo su casi realistici che il chimico si può trovare ad affrontare in
ambito di ricerca. Il giudizio finale sarà concordato con il docente del Modulo B del Corso di
Chimica Fisica I.
Orario di ricevimento
Previo appuntamento, tutti i giorni.
Calendario delle attività didattiche
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Appelli d'esame
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