CHIMICA FISICA E LABORATORIO - MOD. 1
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Anno immatricolazione
2016/2017
Anno offerta
2017/2018
Normativa
DM270
SSD
CHIM/02 (CHIMICA FISICA)
Dipartimento
DIPARTIMENTO DI CHIMICA
Corso di studio
CHIMICA
Curriculum
PERCORSO COMUNE
Anno di corso
Periodo didattico
Primo Semestre (01/10/2017 - 20/01/2018)
Crediti
9
Ore
72 ore di attività frontale
Lingua insegnamento
ITALIANO
Tipo esame
ORALE
Docente
BERBENNI VITTORIO (titolare) - 9 CFU
Prerequisiti
Le nozioni di Chimica Generale acquisite nel corso del 1° anno del corso di laurea triennale in chimica In particolare: 1)Reazioni chimiche e loro bilanciamento in base alla stechiometria.Si introduce il concetto di bilancio termico delle reazioni chimiche (Termochimica) che affianca quello stechiometrico. 2) Equilibrio chimico. Espressione della legge di azione di massa.Il concetto di potenziale chimico e di attività completano la trattazione della legge di azione di massa e aprono la via alla considerazione di equilibri di reazione sia omogenei che eterogenei. Inoltre si impara ad eseguire il calcolo della costante di equilibrio di una reazione.
3) Diagrammi di fase di sostanze pure (es acqua e diossido di carbonio). Queste nozioni vengono ampliate introducendo assieme alle variabili fisiche la variabile composizione e si impara ad interpretare i ddf a due componenti solido-liquido.
Indispensabili prerequisiti sono concetti generali di fisica (primo fra tutti la conoscenza dello spettro elettromagnetico).
Per quanto riguarda la matematica torneranno utili la capacità di eseguire operazioni di derivazione e di integrazione di funzioni semplici.
Obiettivi formativi
Studio dei tre principi della termodinamica e conoscenza delle principali funzioni di stato: la energia interna, l'entalpia, l'entropia e le energie libere di Gibbs e Helmoltz.L'equilibrio chimico e l'equilibrio di fase.Le proprietà termodinamiche di miscela. calcolo della attività e dei coefficienti di attività.
Origine della meccanica quantistica.Familiarizzazione con il formalismo della equazione di Schroedinger ed utilizzo dei diversi operatori. Dalle soluzioni della equazione di Schroedinger per l'atomo di idrogeno agli orbitali.
Programma e contenuti
Il primo principio della termodinamica: calore e lavoro. Le funzioni di stato energia interna ed entalpia. La Loro relazione. Termochimica: entalpia di formazione. Entalpia integrale di dissoluzione. Dipendenza della entalpia di reazione dalla temperatura. Calorimetria: la branca sperimentale della termochimica. Classificazione dei calorimetri: in base al modo di operazione ed al principio di funzionamento. Il secondo principio della termodinamica: la funzione entropia come indicatore della spontaneità di un processo. Espressione della entropia assoluta di una sostanza secondo il terzo principio della termodinamica. Dalla funzione entropia alla funzione energia libera (di Gibbs e di Hhelmoltz). L’equilibrio chimico. Dipendenza della costante di equilibrio di una reazione chimica da pressione e temperatura. Calcolo della costante di equilibrio. Esercizi numerici.
L’equilibrio di fase in sistemi a un componente: la equazione di Clapeyron e di Clausius Clapeyron. La regola delle fasi. L’equilibrio di fase in sistemi a due componenti: equilibrio liquido-vapore a pressione ed a temperatura costante. Equilibrio solido-liquido: i principali tipi di diagrammi di fase e la loro interpretazione. Le miscele liquide ideali e reali: la attività ed il coefficiente di attività. I volumi molari parziali. Le proprietà colligative. Esercizi numerici
La crisi della fisica classica e la introduzione della meccanica quantistica. La equazione di Schroedinger e l’interpretazione di Born della funzione d’onda. La teoria quantistica: tecncihe ed applicazioni: il moto di una particella in una scatola, il moto vibrazionale, il rotore rigido. Struttura e spettri degll’atomo idrogenoide.
Metodi didattici
Tutti gli argomenti verranno affrontati con lezioni frontali.
E' prevista la risoluzione discussa con tutti gli studenti di numerosi esercizi su tutti i punti del programma. Tale attività che si affianca alle lezioni frontali dovrebbe facilitare lo studente a saper affrontare e discutere tutti gli aspetti della materia.
Testi di riferimento
Peter Atkins- Julio de Paula "Chimica Fisica" (V ed. italiana condotta sulla IX ed. inglese)
Casa Editrice Zanichelli
Appunti integrativi e testi di esercizi forniti dal docente per e-mail
Modalità verifica apprendimento
Prova scritta e prova orale. Nella prova scritta vengono proposti esercizi sui tre principi della termodinamica con particolare riferimento alla termodinamica chimica (calcoli di entalpia di reazione, di entropia di reazione nonchè di calcolo della costante di equilibrio). Proposti
anche la interpretazione di diagrammi di fase solido-liquido in sistemi a due componenti. Inoltre si richiede la risoluzione di problemi su volumi molari parziali, proprietà colligative e proprietà di miscela.
La parte orale prevede l'approfondimento dei citati argomenti di termodinamica chimica con particolare attenzione ad eventuali carenze segnalate da errori commessi dallo studente in sede di prova scritta. Inoltre è prevista la discussione orale di argomenti di meccanica quantistica.
Altre informazioni
Niente di particolare
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile