Chimica fisica con laboratorio - Scienza dei Materiali

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