Chimica Fisica I

Chimica Fisica I
di base
CHIM/02
8 CFU – 66 ore
7 CFU LF (56 ore) + 1CFU EN (10 ore)
Docente: prof.ssa Serroni Scolastica
Programma
INTRODUZIONE: Sistemi di unità di misura e conversioni.
LE PROPRIETA' DEI GAS: Gas perfetti. Le leggi dei gas. La teoria cinetica dei gas. Distribuzione
delle velocità. Distribuzione di Maxwell. Introduzione alla termodinamica statistica. Frequenza di
collisione. Cammino libero medio. Gas reali. Fattore di compressione. Equazioni di stato viriali.
Equazione di van der Waals. Le isoterme per i gas reali. Costanti critiche. Principio degli stati
corrispondenti .
PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Sistemi termodinamici. Variabili
termodinamiche. Calore, lavoro, energia interna e primo principio. Il lavoro di espansione. Capacità
termica a volume costante. L'entalpia. Capacità termica a pressione costante. Trasformazioni
adiabatiche. Funzioni di stato e differenziali esatti. Dipendenza dell'energia interna e dell'entalpia
dalla temperatura. Effetto Joule-Thomson. Relazione tra Cv e Cp. Termochimica. Misure
calorimetriche per determinare ΔU e ΔH. Variazione di entalpia standard. L'entalpia nei
cambiamenti chimici e fisici. La legge di Hess. L'entalpia standard di formazione. Cicli
termochimici. Dipendenza dell'entalpia di reazione dalla temperatura: legge di Kirchoff.
SECONDO E TERZO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Entropia. Definizione statistica e
termodinamica dell'entropia. Variazione di entropia nell'ambiente. Il secondo principio della
termodinamica. Entropia nelle trasformazioni irreversibili. Disuguaglianza di Clausius. Le funzioni
di Helmholtz e di Gibbs e lavoro massimo. Le relazioni di Maxwell. L'entropia nelle transizioni di
stato. Variazione di entropia nelle trasformazioni più comuni. Misura dell'entropia. Terzo principio
della termodinamica ed entropia assoluta. Criterio per l'equilibrio e la direzione della trasformazione
in sistemi chiusi ed aperti (equazione di Gibbs). Potenziale chimico. Funzione di Gibbs molare
standard. Dipendenza della funzione di Gibbs dalla temperatura (equazione di Gibbs Helmholtz) e
dalla pressione. Gas reali e fugacità. Stato standard dei gas reali. Misura della fugacità.
TRASFORMAZIONI FISICHE DELLE SOSTANZE PURE: Diagrammi di stato. La stabilità delle
fasi. Posizione e pendenza delle curve limite di fase. Equazione di Clapeyron. Equazione di
Clausius-Clapeyron. Curve limite fra fasi (solido-liquido, liquido-vapore, solido-vapore).
Determinazione dell'entalpia di transizione. Transizioni di fase. LE MISCELE: Grandezze molari
parziali. Volume molare parziale. Funzione di Gibbs molare parziale. Equazione di Gibbs-Duhem.
La regola delle fasi. Funzione di Gibbs di mescolamento per i gas ideali. Sistemi ideali e reali.
Potenziale chimico dei liquidi: soluzioni ideali. Equilibrio liquido-vapore. Leggi di Raoult e di
Henry. Le proprietà colligative. La solubilità. Soluzioni reali ed attività (Attività del solvente.
Attività del soluto. Determinazione dell'attività per un soluto non volatile). Attività e molalità.
Miscele di liquidi volatili. Regola della leva. Distillazione. Miscele azeotropiche. REAZIONI
CHIMICHE: Reazioni chimiche spontanee. Grado di avanzamento di una reazione. L'affinità e la
funzione di Gibbs di reazione. Costanti di equilibrio e loro dipendenza da pressione e temperatura.
Equazione di van't Hoff.
L'ELETTROCHIMICA DELL'EQUILIBRIO: Celle elettrochimiche. Semi-reazioni ed elettrodi.
Relazione tra E e ΔG. Equazione di Nernst. Variazione della forza elettromotrice con la temperatura
(ΔrS° eΔrH°)
CINETICA CHIMICA: Velocità di reazione. Equazione cinetica. Ordine di reazione.
Determinazione dell'ordine di reazione. Reazioni di primo ordine, di secondo ordine, di ordine zero
e di ordine superiore. Reazioni elementari e molecolarità. Effetto della temperatura sulla velocità di
reazione: equazione di Arrhenius. Effetto della pressione. Reazioni consecutive. Approssimazione
dello stato stazionario. Meccanismo di pre-equilibrio. Energia di attivazione apparente. Reazioni
monomolecolari. Meccanismo di Michaelis-Menten. Teoria degli urti per la costante di velocità.
Teoria del complesso attivato. Entalpia ed entropia di attivazione.
Testi di riferimento
- Peter W. Atkins, Julio De Paula "Chimica Fisica" Zanichelli (IV edizione italiana).
- Laidler, Meiser "Chimica Fisica" Nuova Editoriale Grasso
Modalità di verifica dell'apprendimento
Il corso prevede verifiche intermedie orali. I 12 CFU verranno acquisiti dallo studente con il
superamento di un esame orale relativo agli insegnamenti di “Chimica Fisica I” e “Laboratorio di
Chimica Fisica I”
Propedeuticità
Esame di “Matematica I” ed esame unico di “Matematica II” e “Calcolo numerico”