Obiettivi formativi
E' obiettivo del corso di Chimica Fisica Applicata ai Prodotti della Salute fornire le nozioni fondamentali atte a spiegare ed a interpretare le reazioni e le trasformazioni chimiche, tramite l’impiego di 'modelli', peculiarità della Chimica Fisica. Lo studente dovrà familiarizzare con l’uso di modelli di termodinamica classica, statistica e di non-equilibrio, con particolare riferimento allo studio e all’interpretazione dei processi biologici e biochimici, dei fenomeni di trasporto e dei sistemi colloidali, fondamentali nel campo dei prodotti cosmetici e della salute.
Prerequisiti
Non è ufficialmente richiesto alcun prerequisito, ma si consiglia, per un proficuo apprendimento, di seguire preliminarmente i corsi di Chimica Generale ed Inorganica e di Fondamenti di Fisica e Matematica.
Contenuti dell'insegnamento
1. Termodinamica classica applicata a sistemi chimici e biologici con elementi di termodinamica statistica
Principi della termodinamica. Variabili e funzioni di stato. Dipendenza delle grandezze termodinamiche da pressione e temperatura. Termochimica. Calorimetria. Significati sperimentali e molecolari della termodinamica. Concetti introduttivi di termodinamica statistica. Alcuni esempi numerici.
2. Equilibri di fase nelle sostanze pure
Diagrammi di fase. Equazione di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron. Liquefazione dei gas e fenomeni critici. Equazione degli stati corrispondenti. Regola delle fasi.
3. Proprietà termodinamiche delle soluzioni e loro applicazioni
Sistemi aperti e quantità molari parziali. Soluzioni ideali e soluzioni reali. Legge di Raoult e legge di Henry. Soluzioni regolari. Funzioni eccesso. Equilibrio fra le fasi nei sistemi binari. Distillazione frazionata. Azeotropo, eutettico, lacuna di miscibilità, formazione di composti. Il potenziale chimico del solvente. Proprietà colligative. Equilibri di fase in presenza di una membrana semipermeabile: pressione osmotica. Soluzioni di macromolecole. Equilibrio di dialisi ed effetto Donnan.
4. Equilibrio in una reazione chimica
Condizioni di equilibrio in una reazione chimica. Energia libera e costante di equilibrio.
5. Elettrochimica
Potenziali normali. Celle elettrochimiche. Elettrodi. Equazione di Nernst. Il potenziometro. Pile di concentrazione. Lo stimolo nervoso.
6. Bioenergetica
Processi passivi e processi attivi. Fenomeni di trasporto: trasporto attivo e passivo. Reazioni endoergoniche ed esoergoniche. Accoppiamento di reazioni.
7. Termodinamica di non-equilibrio e fenomeni di trasporto
Forze e flussi. Equazioni fenomenologiche. La funzione dissipazione. Concetto di stato stazionario. Mobilità degli ioni in soluzione. Elettroforesi. La diffusione e le sue leggi. Sedimentazione e ultracentrifuga. Reologia.
8. Forze intermolecolari: modelli interpretativi ed energie potenziali
Legami di Van der Waals. Dipoli permanenti e indotti. Energia potenziale. Distanza di legame. Legame di idrogeno. Manifestazioni macroscopiche delle forze di coesione. Interazioni idrofobiche. Coefficiente di ripartizione.
9. Sistemi colloidali
Classificazione. Forze intermolecolari nei sistemi colloidali. Teoria DLVO. Interfasi solido-gas, liquido-gas, liquido-liquido, solido-liquido. Tensione superficiale e sua determinazione. Lavoro di adesione e di coesione. I tensioattivi: struttura e classificazione. Sistemi micellari in fase acquosa. Microemulsioni. Emulsioni. Cristalli liquidi. Films di Langmuir-Blodgett. Membrane biologiche e artificiali.
10. Cinetica
La velocità delle reazioni ed i fattori che la influenzano. Reazioni del I e del II ordine. Stechiometria, ordine di una reazione e sua molecolarità. Tempo di dimezzamento. Equazione di Arrhenius. Catalisi. Cinetica enzimatica.
Programma esteso
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Bibliografia
- P. W. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica Biologica,prima edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2008.
- P. W. Atkins, J. De Paula, Elementi di Chimica Fisica terza edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2007.
Metodi didattici
Durante il corso sono previste 2 prove scritte, il cui esito positivo comporta il superamento dell’esame. In alternativa, l’esame è scritto su tutto il programma, con possibilità di verifica orale.
Modalità verifica apprendimento
esame scritto
Altre informazioni
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