CHIMICA FISICA
cod. 16582

Anno accademico 2007/08
2° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Chimica fisica (CHIM/02)
Field
Interdisciplinarita e applicazioni
Tipologia attività formativa
Affine/Integrativa
24 ore
di attività frontali
3 crediti
sede:
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

Alla fine del corso lo studente dovrà avere acquisito le conoscenze fondamentali della termodinamica e della cinetica chimica. Particolare attenzione sarà dedicata alla valutazione dei bilanci energetici ed alla discussione relativa alle condizioni di equilibrio in processi chimici e biologici ed in alcuni casi di transizioni di fase in sistemi semplici.  Nell'ambito della cinetica chimica saranno affrontati alcuni meccanismi di reazione di interesse biologico.

Prerequisiti

<p>Chimica generale ed inorganica</p>
<p>Istituzioni di matematiche</p>
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Contenuti dell'insegnamento

<p> Note introduttive. <br />
Sistema e ambiente. Stato del sistema, variabili intensive ed estensive. Equilibrio termodinamico, trasformazioni reversibili ed irreversibili. Il concetto di temperatura. Principio zero della termodinamica. <br />
<br />
Stato gassoso. <br />
Leggi di Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro. Gas ideale. L’equazione di stato del gas ideale. Miscele di gas e legge di Dalton. Gas reali. Fattore di comprimibilità. Equazione di van der Waals. Diagramma P-V per il gas reale. Liquefazione. <br />
<br />
Le leggi della Termodinamica. <br />
Lavoro e calore. Processi esotermici ed endotermici. Lavoro di espansione. Primo principio della termodinamica. Energia interna ed entalpia. Capacità termica a pressione e volume costante. Il calorimetro. Calore latente nelle transizioni di fase. Termodinamica del gas ideale: trasformazione isoterma, isobara, isocora, adiabatica. Termochimica: calore di reazione. Entalpia standard di reazione. Entalpia dei cambiamenti fisici. Legge di Hess. Legge di Kirchoff. Secondo principio della termodinamica. Concetti di spontaneità ed irreversibilità. Entropia: definizione statistica e definizione termodinamica. Sistema e ambiente: la disuguaglianza di Clausius. Variazioni di entropia: espansione isoterma di un gas ideale, mescolamento di gas ideali, transizioni di fase, processi di riscaldamento. Terzo principio della termodinamica. Entropie assolute. Variazioni di entropia nelle reazioni chimiche. Energie di Gibbs e di Helmholtz. dG di un processo. Il significato di dA, dG in termini di lavoro massimo. dG di reazione standard. Equazione di Gibbs-Helmholtz. Equilibri di fase: equazione di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron. Diagrammi di fase. <br />
<br />
Soluzioni. <br />
Unità di misura di concentrazione. Grandezze molari parziali. Potenziale chimico. Termodinamica del mescolamento. Legge di Raoult. Soluzioni ideali. Legge di Henry. Soluzioni diluite ideali. Attività. Proprietà colligative: abbassamento della pressione di vapore, innalzamento del punto di ebollizione, abbassamento del punto di fusione, osmosi. Soluzioni di elettroliti. Conducibilità elettrica in soluzione. Legge di Kohlrausch. Grado di dissociazione. Legge della diluizione di Ostwald. Mobilità ionica. Termodinamica degli ioni in soluzione: energie di formazione. Attività ionica media e potenziale chimico di soluzioni di elettroliti. Effetto salting in e salting out. Proprietà colligative di soluzioni di elettroliti. Effetto Donnan.<br />
<br />
Equilibrio chimico. <br />
Reazione chimica in un sistema di gas ideali. Grado di avanzamento. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Gas reali: fugacità. Equilibrio chimico in soluzione. Equilibri eterogenei. Equazione di van’t Hoff. Principio di Le Chatelier. <br />
<br />
Cinetica chimica. <br />
La velocità di reazione. Ordine di reazione e costante cinetica. Leggi cinetiche e leggi cinetiche integrate. Reazioni di ordine zero, primo, secondo. Determinazione dell’ordien di reazione. Legge di Arrhenius. Energia di attivazione, complesso attivato e stato di transizione. Reazioni opposte. Reazioni consecutive. Approssimazione dello stato cineticamente determinante. Approssimazione dello stato stazionario. Pre-equilibrio. Catalisi: cenni di carattere generale. Enzimi. Meccanismo di Michaelis-Menten. <br />
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Programma esteso

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Bibliografia

<p>R. Chang, Chimica Fisica, vol. 1, Ed. Zanichelli 2003. <br />
P. Atkins, J. De Paula, Elementi di Chimica Fisica, Ed. Zanichelli 2007. <br />
P. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica, Ed. Zanichelli 2004. <br />
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<p>Qualunque altro testo ufficiale di Chimica Fisica per Chimica e/o Biologia può comunque essere utilizzato per la preparazione dell'esame.</p>

Metodi didattici

<p>Lezioni frontali.</p>
<p>L'esame consiste nella sola prova orale, nell'ambito della quale verrà richiesto lo svolgimento di un problema di termodinamica o cinetica analogo ad uno di quelli svolti a lezione.</p>

Modalità verifica apprendimento

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Altre informazioni

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