Course Syllabus
Obiettivi
L'insegnamento si propone di fornire:
- conoscenza e capacità di comprensione della cinetica delle reazioni chimiche e di elementi introduttivi alla chimica quantistica, attraverso le lezioni frontali.
- capacità di applicare i principi di cinetica, mediante numerosi esempi presentati a lezione e le esercitazioni in aula.
- autonomia di giudizio, mediante l'analisi di problemi di cinetica e la discussione e selezione delle soluzioni.
- abilità comunicative, attraverso la partecipazione attiva a lezioni ed esercitazioni e l'esame orale.
- capacità di apprendere, stimolata dal costante sforzo di riprendere e integrare le conoscenze pregresse di matematica, fisica e chimica, utili per l'analisi della struttura, proprietà e reattività chimiche.
Contenuti sintetici
Cinetica chimica: Studio della velocità di reazione ed equazioni cinetiche. Meccanismi di reazione. Effetti della temperatura. Catalisi.
Chimica quantistica: Introduzione alla meccanica quantistica. Applicazioni della chimica quantistica a sistemi modello, ad atomi e a molecole.
Programma esteso
Cinetica chimica:
- Velocità di reazione ed equazioni cinetiche. Esperimenti cinetici.
- Metodi per determinare l'ordine di reazione e la costante di velocità.
- Stadi elementari e meccanismi a più stadi. Individuazione del meccanismo di reazione.
- Coordinata di reazione, stato di transizione e parametri di attivazione
- Equazioni di Arrhenius e di Eyring.
- Catalisi; equazione di Michaelis Menten.
Chimica quantistica:
- Insufficienze della fisica classica per lo studio dei sistemi microscopici. Dalla meccanica classica alla meccanica quantistica.
- Applicazione della meccanica quantistica a sistemi modello (singola particella soggetta a moto traslazionale, vibrazionale e rotazionale vincolati).
- Introduzione all'applicazione della meccanica quantistica allo studio della struttura atomica (sistemi idrogenoidi e atomi polielettronici).
- Introduzione all'applicazione della meccanica quantistica allo studio della struttura molecolare (molecole biatomiche).
Prerequisiti
Conoscenze dei fondamenti della chimica generale, inorganica e organica. Conoscenze di base di matematica.
Non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti, ma è consigliato aver superato gli esami del primo anno e l'esame di Chimica Fisica I.
Modalità didattica
Lezioni frontali, 7 CFU
Esercitazioni in aula, 2 CFU
Materiale didattico
Nella pagina e-learning dell'insegnamento sono fornite: le slides presentate durante le lezioni; alcuni esercizi con soluzioni per la preparazione individuale all'esame scritto.
Testo consigliato: P. Atkins, J. de Paula, Chimica Fisica, 5a ed. italiana, condotta sulla 9a ed. inglese, Zanichelli Editore
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica del modulo Chimica Fisica II si compone di una prova scritta e di una prova orale. Le due prove possono essere effettuate in appelli differenti.
La prova scritta riguarda la soluzione di problemi di cinetica delle reazioni chimiche e ha l'obiettivo di verificare le conoscenze acquisite, la capacità di applicare tali conoscenze alla soluzioni di problemi, e la capacità di giudizio. La prova viene valutata con uno dei seguenti giudizi: OTTIMO, BUONO, DISCRETO, SUFFICIENTE , NON AMMESSO. Chi supera la prova scritta (esito almeno SUFFICIENTE) è ammesso all'orale. La prova scritta e' mantenuta valida per 6 mesi.
La prova orale prevede una breve discussione sullo scritto e un colloquio su tutti gli argomenti svolti a lezione (Cinetica e fondamenti di Chimica Quantistica). Ha l'obiettivo di verificare le conoscenze e la comprensione del programma d'esame e le abilità comunicative.
Il voto in trentesimi (18-30/30) per il modulo di Chimica Fisica II deriva dall'integrazione del giudizio dello scritto e del voto dell'orale.
Il voto finale in trentesimi (18-30/30) dell'insegnamento "Chimica Fisica II e Laboratorio" deriva dalla media pesata dei voti dei moduli di Chimica Fisica II e Laboratorio di Chimica Fisica.
Orario di ricevimento
Ricevimento previo appuntamento via e-mail
Aims
The course aims to provide:
- knowledge and understanding of the kinetics of chemical reactions and of introductory elements of quantum chemistry, through lectures.
- ability to apply kinetic principles, through numerous examples presented in class and classroom exercises.
- independent judgment, through the analysis of kinetic problems and the discussion and selection of solutions.
- communication skills, through active participation in lectures and exercises and the oral exam.
- ability to learn, stimulated by the constant effort to resume and integrate the previous knowledge of mathematics, physics and chemistry, useful for the analysis of the structure, properties and chemical reactivity.
Contents
Chemical kinetics: Study of the rates of chemical reactions and rate laws. Reaction mechanisms. Temperature dependence. Catalysis.
Quantum chemistry: Introduction to quantum-mechanics. Applications of quantum chemistry to model systems, atoms and molecules.
Detailed program
Chemical kinetics:
- Rates of chemical reactions and rate laws. Kinetic experiments.
- Methods for determining the order of a reaction and the rate constant.
- Elementary stages and multi-stage mechanisms. Identification of the reaction mechanism.
- Reaction coordinate, transition state and activation parameters
- Arrhenius and Eyring equations.
- Catalysis; Michaelis Menten equation.
Quantum chemistry:
- Insufficiencies of classical physics for the study of microscopic systems. From classical mechanics to quantum mechanics.
- Application of quantum mechanics to model systems (single particle subjected to constrained translational, vibrational and rotational motions).
- Introduction to the application of quantum mechanics to the study of atomic structure (hydrogenoid systems and polyelectronic atoms).
- Introduction to the application of quantum mechanics to the study of molecular structure (diatomic molecules).
Prerequisites
Knowledge of general, inorganic and organic chemistry. Basic knowledge of mathematics.
There are no imposed propaedeutics, but it is recommended to have passed the first-year exams and the Physical Chemistry I exam.
Teaching form
Lessons, 7 credits
Exercises, 2 credits
Textbook and teaching resource
In the e-learning page of the course are provided: the slides presented during the lessons; some exercises with solutions for individual preparation for the written exam.
Recommended text: P. Atkins, J. de Paula, Physical Chemistry, 9th edition
Semester
Second semester
Assessment method
The assessment of the Physical Chemistry II module consists in a written and an oral examinations. The two examinations can be taken separately.
The written examination concerns the solution of problems regarding the Chemical Kinetics and has the objective of verifying the acquired knowledge, the ability to apply this knowledge to the solution of problems, and the ability of judgement. It is evaluated with one of the following judgements: optimum, good, fairly good, sufficient, not admitted. The student who obtains sufficient or an higher evaluation is admitted to the oral examination. The written examination is valid for 6 months.
The oral examination includes a brief discussion on the written test and an interview on all the topics covered in class (Kinetics and foundations of Quantum Chemistry). It aims to verify the knowledge and understanding of the exam program and the communication skills.
The mark range (18-30/30) is obtained by integrating the evaluations of the written and oral examinations.
The final mark for the course "Physical Chemistry II and Laboratory" is calculated as the weighted average of the evaluations obtained in the two modules "Physical Chemistry II" and "Physical Chemistry Laboratory".
Office hours
Students reception in the office after e-mail appointment.
Staff
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Laura Bonati
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Stefano Motta