CHIMICA FISICA

Come da programma dell’insegnamento, gli studenti acquisiranno una dettagliata conoscenza di base della termodinamica chimica di equilibrio, dei bilanci di massa e di energia, apprendimento fondamentale per affrontare argomenti riguardanti le produzioni chimiche ed energetiche nonchè le tematiche legate al tema della sostenibilità. Gli studenti alla fine del corso avranno una conoscenza dettagliata del comportamento dei gas reali, dei diagrammi di fase, dei Principi ed applicazioni della Termodinamica ai sistemi chimici quali il calore e l’energia associati alle trasformazioni di fase e alle reazioni chimiche, delle soluzioni ideali e reali. Gli studenti acquisiranno la capacità di risolvere una varietà di problemi numerici sugli argomenti del corso, saranno in grado di individuare i parametri chimici e fisici di riferimento e di descrivere e schematizzare il processo sotto studio. 

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze: 
-Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): acquisire conoscenze sulle leggi e le grandezze termodinamiche fondamentali nonché sulla termodinamica chimica di equilibrio e sulla cinetica chimica. 
-Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding): applicazione delle conoscenze termodinamiche acquisite alle trasformazioni chimico fisiche di sistemi reali. 
-Autonomia di giudizio (making judgements): individuare, raccogliere, organizzare ed interpretare i dati relativi alle grandezze chimico-fisiche che caratterizzano un sistema termodinamico e di descriverne e schematizzarne le trasformazioni, capacità di ragionamento critico. 
-Abilità comunicative (communication skills): capacità di esporre sia in forma scritta che in forma orale, con proprietà di linguaggio scientifico, i concetti acquisiti durante il corso 
-Capacità di apprendere (learning skills): aver sviluppato le competenze necessarie per applicare i concetti appresi con un alto grado di autonomia a processi e trasformazioni di sistemi reali. 

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA. 

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

Introduzione al corso e generalità. 

Sistemi termodinamici, funzioni di stato. Forze intermolecolari. Equazioni di stato di sistemi in fase gassosa. Gas ideali e scostamento dall’idealità. Equazioni di stato cubiche (Van der Waals, Redlich-Kwong), stato critico e principio degli stati corrispondenti. Valutazione del fattore di compressibilità di gas reali puri e in miscela. Teoria cinetica dei gas. 

1° Principio della Termodinamica: Esperienze di Joule. Energia interna; entalpia. Capacità termiche a volume e pressione costante. Pressione interna. Calcolo del calore e del lavoro nelle trasformazioni termodinamiche. Processi isotermi e adiabatici reversibili e irreversibili.

Termochimica: entalpia, calori di reazioni e trasformazioni chimiche. Calcolo

2° Principio della Termodinamica: Entropia. Ciclo e teorema di Carnot. Diseguaglianza di Clausius. Entropia come criterio di spontaneità e di equilibrio. Funzioni ausiliarie: funzioni di lavoro ed energia libera. Relazioni termodinamiche fondamentali ed equazioni termodinamiche di stato. Grandezze parziali molari. Potenziale chimico. Equazione di Gibbs-Duhem.

3° Principio della Termodinamica. Comportamento della materia in prossimità dello zero assoluto. Entropie assolute e loro utilizzo.

Sistemi polifase: deduzione termodinamica della regola delle fasi, equazione di Clausius-Clapeyron; leggi di Raoult e di Henry; equazione di Margules-Duhem. Potenziale chimico e convenzioni sugli stati standard nelle soluzioni. Diagrammi di fase. 

Equilibrio Chimico: energia libera di Gibbs, bilanci di massa, attività, fugacità e potenziale chimico, costanti di equilibrio. Condizioni di equilibrio in sistemi chiusi: equazione di Gibbs-Helmholtz.

Concetti di cinetica chimica: reazioni elementari, velocità di reazione e meccanismi di reazione. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura (equazione di Arrhenius). Applicazione della cinetica chimica alle reazioni nella stratosfera (lo strato di ozono). Periodo di emivita e tempo di permanenza delle sostanze nell’atmosfera. 

Elettrochimica (vedi syllabus del Prof. Alessandro Auditore)

Lo studente è libero di scegliere qualunque libro di testo. 

Testi consigliati: 

1. CHIMICA FISICA Peter William Atkins Julio de Paula -  Zanichelli 

2. CHIMICA FISICA un approccio molecolare Donald A McQuarrie John D Simon - Zanichelli 

3. Esercizi Di Chimica Fisica, Alberto Gambi- Zanichelli 

4. Chimica Ambientale, Colin Baird, Michael Cann - Zanichelli

Legge di distribuzione di Boltzmann nella teoria cinetica dei gas 

Calcolo delle variazioni di energia libera, entalpia ed entropia nelle trasformazioni chimiche e fisiche 

Calcolo del lavoro di espansione in trasformazioni reversibili e irreversibili 

Equilibrio chimico