Collaboratori: dr. Sara Morandi

Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
CORSO DI LAUREA IN CHIMICA
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TORINO
Modulo 15
Scheda programmi corsi
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Mod.15
Corso di laurea in CHIMICA
Insegnamento di CHIMICA FISICA B
1. Docenza
Docente: prof. Giovanna Ghiotti
Dipartimento di CHIMICA IFM
Tel.: 011-6707539; Fax: 011-6707855
e-mail:giovanna.ghiotti@ unito.it; WEB:
Collaboratori: dr. Sara Morandi
Dipartimento di CHIMICA IFM
Tel.: 011-6707539; Fax: 011-6707855
e-mail: [email protected]; WEB:
2. Finalità ed obiettivi dell’insegnamento
Finalità
Il corso si propone di fornire agli studenti:
La conoscenza delle proprietà termodinamiche dei misculi gassosi, liquidi e solidi
La conoscenza delle condizioni di naturalità e di equilibrio per le reazioni chimiche
La conoscenza delle condizioni di equilibrio di fase. L’uso della regola delle fasi
La capacità di leggere e di prevedere i diagrammi di fase delle sostanze pure e i diagrammi di fase
di sistemi a più componenti con particolare attenzione a quelli a due componenti .
Obiettivi
L’allievo dovrà essere in grado di:
Prevedere quali sono i fenomeni macroscopici che si possono verificare all’atto del miscelamento di
sostanze chimiche e di conoscere quali sono le grandezze termodinamiche del miscuglio più facilmente
misurabili.
Prevedere il verso in cui decorrerà (o dovrebbe decorrere) una reazione all’atto del miscelamento di
sostanze chimiche legate tra di loro da una reazione chimica.
Calcolare la costante di equilibrio per una reazione chimica in condizioni normali a 298,15 K e 1 bar,
prevedere come si sposterà l’equilibrio al variare di T e p, calcolare in modo approssimato il valore della
costante di equilibrio a nuovi valori di T e p.
Saper leggere i diagrammi di fase delle sostanze pure. Noti alcuni dati di equilibrio, saper calcolare in
modo approssimato come varierà la tensione di vapor saturo di una sostanza pura con la T e viceversa come
varierà la sua temperatura di sublimazione o di ebollizione al variare della pressione e, analogamente,
come varierà la T di fusione di un solido puro al variare della pressione e viceversa.
Saper leggere i diagrammi di fase di sistemi a due componentii. Saper utilizzare le sezioni isobare relative
all’equilibrio liquido-vapore per capire i processi di distillazione frazionata e distillazione in corrente di
vapore. Saper utilizzare le sezioni isobare relative all’equilibrio liquido-solido per capire i processi di
cristallizzazione frazionata. Conoscere il significato di eutettico semplice ed eutettico tra due soluzioni.
3. Pre-requisiti in ingresso e competenze minime in uscita
Data di emissione: 05-03-2004
Rev. 00
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CORSO DI LAUREA IN CHIMICA
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Modulo 15
Scheda programmi corsi
Pre-requisiti (in ingresso)
I fondamenti della Chimica per quanto riguarda il background
teorico elementare, le basi del calcolo chimico e la manualità di
laboratorio
I fondamenti di analisi matematica: funzioni, derivate,
differenziali, integrali
Il concetto di grandezza fisica macroscopica misurabile
Qualche nozione fondamentale di elettrostatica e di
elettrodinamica
I fondamenti di termodinamica classica: i tre principi e i concetti
di calore, lavoro, energia interna, entalpia, entropia, energie
libere, capacità termiche. Le equazioni fondamentali e le
condizioni di naturalità e di equilibrio per i sistemi chiusi.
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Mod.15
Insegnamenti fornitori
Chimica Generale e Inorganica A, B e C
Matematica A e Matematica B
Fisica A
Fisica B o Fisica della scuola media
superiore
Chimica Fisica A
Fisica A
Competenze minime (in uscita)
Insegnamenti fruitori
Conoscere le proprietà delle soluzioni, conoscere gli equilibri di Chimica Analitica A e B
fase e gli equilibri chimici e la loro dipendenza dalle variabili
Laboratorio di Chimica Analitica
fisiche e chimiche.
Laboratorio Chimica organica A
Chimica Organica B
Elettrochimica applicata
Saper leggere i diagrammi di fase binari ed in particolare le
Chimica metallurgica
sezioni isobare che descrivono l’equilibrio solido-liquido e
solido-solido.
4. Metodologia didattica
La metodologia didattica impiegata consiste in:
lezioni frontali ed esercitazioni numeriche con uso di lucidi solo per la proiezione di schemi, grafici e
diagrammi e con ampio uso della lavagna per le dimostrazioni analitiche delle relazioni e per le
esercitazioni numeriche.
5. Programma, articolazione e carico didattico
Argomento
Ripasso concetti e relazioni introdotte in Chimica Fisica A: le 2
energie libere e le condizioni di naturalità ed equilibrio per i
sistemi chiusi; il potenziale chimico di una sostanza pura e la
sua dipendenza da T e p.
Le condizioni di equilibrio di fase per le sostanze pure.
I diagrammi di fase delle sostanze pure; il concetto di
5
varianza e la regola delle fasi; l’andamento delle curve di
monovarianza e l’equazione di Clapeyron. Le curve di
sublimazione e di ebollizione e l’equazione di ClausiusClapeyron. Il punto critico. Le transizione di fase del primo
ordine e di ordine superiore (transizioni di tipo )
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Ore Lez.
Ore
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Scheda programmi corsi
Le proprietà dei miscugli omogenei. Le grandezze di
miscelamento. Le grandezze molari parziali. Il potenziale
chimico. Le condizioni di equilibrio di fase nei sistemi a
molti-componenti.
I miscugli ideali gassosi ideali. I miscugli gassosi reali e
l’approssimazione di Lewis e Randall.
Le proprietà termodinamiche delle soluzioni condensate
ideali e reali: l’attività relativa i coefficienti di attività. Le
grandezze di eccesso. Studio dell’ equilibrio liquido-vapore
di soluzioni condensate volatili: la legge di Raoult e le
deviazioni negative e positive dalla idealità, la misura dei
coefficienti di attività dalle pressioni parziali. I contributi dei
termini entalpici ed entropici alle deviazioni dall’idealità.
Soluzioni diluite ideali e legge di Henry. Le due convenzioni
per gli stati di riferimento nei miscugli condensati.
Proprietà collegate e loro uso per la determinazione del
coefficiente di attività del solvente. Il coefficiente osmotico.
Calcolo dell’attività del soluto noto l’andamento del
coefficiente di attività del solvente. Proprietà collegate e loro
uso per la determinazione dei pesi molecolari dei polimeri.
Le soluzioni liquide di elettroliti forti: il potenziale chimico
complessivo dell’elettrolita forte ed il coefficiente di attività
medio dell’elettrolita, sua determinazione a partire dal
coefficiente osmotico. La teoria di Debye e Huckel e la legge
limite.
Le reazioni chimiche: le condizioni di naturalità e di
equilibrio. Le grandezze standard di reazione e le costanti di
equilibrio. L’influenza delle variabili fisiche sullo
spostamento dell’equilibrio.
Diagrammi di fase binari: equilibri liquido-vapore e la
distillazione. Lacune di miscibilità ed equilibrio liquidoliquido. L’equilibrio liquido-solido e solido-solido: sistemi
eutettici semplici e di soluzioni solide.
Totale
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Ore Eserc.(*): comprendono sia le ore di tutoraggio al di fuori dell’orario previsto per le lezioni, sia brevi
esercitazioni alla lavagna durante le lezioni frontali.
6. Materiale didattico
Il docente fornisce gli appunti scritti delle lezioni.
I testi base consigliati(*) per il corso sono:
D.A. McQuarrie, J. D. Simon – CHIMICA FISICA (Un approccio molecolare) Zanichelli.
G.K. Vemulapalli - CHIMICA FISICA, EdiSES
Laidler-Meisner – CHIMICA FISICA, Editoriale Grasso
R. Chang – Chimica Fisica 1, Zanichelli
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P. T. Atkins - CHIMICA FISICA, Zanichelli
W.J.Moore - CHIMICA FISICA, Piccin
(*) più che un elenco di testi consigliati è un elenco di testi di base di CHIMICA FISICA in lingua italiana a
livello Universitario che gli studenti possono reperire facilmente in biblioteca o nello studio del docente.
7. Modalità di verifica/esame
L'esame si svolge, di norma, come segue: (dettagliare il più possibile:scritto,orale,prove in itinere,criteri di
valutazione ecc.)
Non esiste il tempo materiale per fare prove in itinere. Viene fornito agli studenti una serie di esercizi con
risultato ed un esempio di prova d’esame perché si possano preventivamente esercitare.
L’esame di norma prevede solamente una prova scritta che consiste nella: a) soluzione di una serie di
problemi numerici semplici, simili a quelli proposti nelle esercitazioni alla lavagna e b) la risposta ad una
serie di domande relative ai concetti fondamentali introdotti durante le lezioni frontali.
Durante la prova non è consentito l’uso di materiale didattico ma solo di tabelle fornite dal docente, quando
necessario. Per superare l’esame è necessario per la parte a) risolvere un numero minimo di problemi, per la
parte b) rispondere ad un numero minimo di domande.
Se non si supera la prova scritta la prova deve essere ripetuta.
Se uno studente vuole migliorare il proprio voto basato sulla prova scritta, purché il voto sia sufficiente,
potrà sottoporsi ad una prova orale in cui verrà chiesta la soluzione di un esercizio semplice e verranno
discussi quei concetti teorici per cui il compito scritto ha rivelato carenze.
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