Modulo didattico d'insegnamento : c.l. triennale Scienza dei Materiali , a.a. 2008-2009 Codice Docente Attività Ore attività Crediti Pre-requisiti Obiettivi di Base Obiettivi Formativi Disciplinari Obiettivi Professionalizzanti Contenuto Chimica fisica con laboratorio Prof. Maurizio Castagnolo Telefono: 080/5442122 e-mail: [email protected] Orario ricevimento: 12-14 dal lunedì al venerdì presso: Dip Chimica studio n. 118 Lezioni frontali Esercitazioni Laboratorio Studio individuale 32 15 15 88 4 1 1 Totale Crediti = 6 Conoscenze di Matematica, Fisica ed Informatica acquisite nel I semestre del corso di laurea Apprendimento di nozioni di base di Chimica fisica nel campo della Termodinamica, Elettochimica e Cinetica Apprendimento delle leggi fondamentali che governano i fenomeni chimici e fisici che sono sotto la nostra esperienza ed osservazione. Applicazione a semplici ma significativi esperimenti in laboratorio del metodo scientifico di osservazione e di elaborazione critica dei dati. Pur essendo un corso di base, i suoi contenuti teorico-pratici non possono essere ignorati da chi eserciti una professione a qualsiasi livello nel campo della Scienza dei materiali. TERMODINAMICA Grandezze e unità di misura. Stati di aggregazione. Pressione. Temperatura. Quantità di sostanza. Equazioni di stato. Legge di Boyle. Legge di Charles. Il principio di Avogadro. L'equazione di stato del gas perfetto. Miscele di gas: Pressioni parziali. Legge di Dalton. I gas reali. Isoterme sperimentali e temperatura critica. L'equazione di stato dei gas reali. L'equazione di stato viriale. L'equazione di stato di Van der Waals (cenni). Sistema ed ambiente. Lavoro ed energia: la natura molecolare del calore e del lavoro. La misura del lavoro. Lavoro di espansione. Concetto di reversibilità di un processo. La misura dell'energia trasferita sotto forma di calore. Convenzione dei segni. Calorimetria (cenni). L'energia interna. Definizione di funzione di stato. Il primo principio della termodinamica. La misura di U. La capacità termica. La definizione di entalpia. L'entalpia delle trasformazioni fisiche. L'entalpia della trasformazione chimica. Legge di Hess. L'entalpia standard di formazione. La variazione dell'entalpia con la temperatura (legge di Kirchhoff). Applicazioni del I principio della termodinamica. Esperimento di Joule. Espansioni isoterme ed adiabatiche reversibili ed irreversibili di un gas perfetto. Relazione fra CP e CV per un gas perfetto. Il verso della trasformazione spontanea. Il secondo principio della termodinamica. Entropia. Determinazione di una variazione di entropia. L'entropia nelle trasformazioni irreversibili. L'entropia nelle transizioni di stato. L'entropia assoluta e il terzo principio della termodinamica. L'entropia di reazione. Lo svolgimento spontaneo delle reazioni. Definizione e proprietà dell'energia libera. Determinazione di una variazione di energia libera. L'energia libera standard di reazione. Grandezze parziali molari e potenziali chimici. La definizione e le proprietà della costante di equilibrio. Definizione di attività. La variazione di G al variare della composizione. La risposta degli equilibri alle condizioni sperimentali: l'effetto della temperatura (equazione di van't Hoff). L'effetto della pressione. Equilibri di fase. Diagrammi di stato di una sostanza pura. Punto critico, punto di ebollizione, punto di fusione e punto triplo. La regola delle fasi. Diagramma di stato dell'acqua. Equazione di Clapeyron. Equazione di Clausius-Clapeyron. Le proprietà delle soluzioni non elettrolitiche. Il potenziale chimico dei gas. Le soluzioni ideali. Legge di Raoult. Legge di Henry. Le proprietà colligative. La pressione osmotica. Le miscele di liquidi volatili: diagrammi temperatura-composizione. Gli azeotropi. Diagrammi di stato liquido-solido (cenni). L'eutettico. Soluzioni reali: attività e coefficienti di attività. ELETTROCHIMICA Proprietà delle soluzioni elettrolitiche. Leggi di Faraday. Conducibilità delle soluzioni elettrolitiche Reazioni redox. Celle elettrochimiche. Semireazioni ed elettrodi. Le reazioni agli elettrodi. Tipi di elettrodi. Tipi di celle. Il potenziale di giunzione liquida. La reazione di cella. Il potenziale di cella. Equazione di Nernst. I potenziali standard di riduzione (serie elettrochimica). Elettrodi reversibili all'idrogenione e determinazione del pH. CINETICA Velocità di reazione. Leggi di velocità. Ordine di reazione. Metodi per la determinazione di una legge cinetica. Meccanismi di reazione. Molecolarità. Determinazione di meccanismi di reazione. Ipotesi dello stato stazionario. Reazioni consecutive, parallele ed opposte. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Teorie delle reazioni elementari: teoria collisionale e teoria dello stato di transizione. ESPERIENZE DI LABORATORIO 1. Determinazione del calore di combustione (bomba calorimetrica) 2. Determinazione dell'entalpia di evaporazione dell'acqua (ClausiusClapeyron) 3. Termodinamica di una cella elettrochimica (misure di FEM) 4. Crioscopia 5. Cinetica della reazione I- + H2O2 Testi consigliati Propedeuticità 1) Raymond Chang. Chimica fisica 1. Zanichelli Ed., Bologna, 2003. 2) Peter Atkins - Julio De Paula. Elementi di chimica fisica. terza edizione Zanichelli Ed., Bologna, 2007. 3) Peter W. Atkins. Chimica fisica. III edizione italiana, Zanichelli Ed., Bologna, 1997: testo fortemente consigliato come testo generale di Chimica fisica. Obbligatorie Consigliate NO NO Prova scritta Colloquio orale Metodi di valutazione SI Prova di laboratorio NO Prove di esonero parziali NO NO Collocazione Anno di Corso I Semestre II Data inizio 1 marzo 2009 Data fine 15 giugno 2009