Syllabus del corso
Obiettivi
Introdurre i concetti di base per lo studio dei sistemi macroscopici,
per la previsione della spontaneità dei processi, per la definizione dello
stato di equilibrio e per lo studio della cinetica delle reazioni chimiche.
L'insegnamento si propone di fornire:
- conoscenza e capacità di comprensione dei principi della termodinamica delle trasformazioni fisiche e chimiche e i fondamenti della cinetica delle reazioni chimiche e biochimiche, attraverso le lezioni frontali.
- capacità di applicare tali principi a studi di interesse per le scienze e tecnologie per l'ambiente, mediante numerosi esempi presentati a lezione e alle esercitazioni in aula.
- autonomia di giudizio, mediante l'analisi di problemi reali 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, per analizzare trasformazioni fisiche e chimiche complesse.
Contenuti sintetici
Termodinamica: Proprietà e leggi della termodinamica. Applicazioni a: transizioni di fase, processi di mescolamento, reazioni chimiche.
Cinetica: Velocità di reazione. Meccanismi di reazione. Parametri di attivazione. Catalisi.
Programma esteso
a) Introduzione alle proprietà dei sistemi macroscopici.
b) Termodinamica:
- Definizione delle principali proprietà termodinamiche (energia, entalpia, entropia) e richiami alle leggi della termodinamica.
- Energia libera ed equilibrio; valutazione della spontaneità di un processi mediante il calcolo delle variazioni di energia libera di Gibbs.
- Equilibrio di fase: diagrammi di fase di sostanze pure; equazione di Clausius Clapeyron.
- Equilibrio di mescolamento: miscele di gas ideali e reali; miscele e soluzioni di liquidi ideali e reali.
- Equilibrio chimico: variazione di energia libera di Gibbs in una reazione; costante di equilibrio; equazione di van't Hoff.
c) Cinetica:
- Velocità di reazione. Leggi di velocità, costante di velocità e ordine di reazione. Esperimenti cinetici.
- Metodi per determinare l'ordine di reazione e la costante di velocità.
- Meccanismi di reazione.
- Coordinata di reazione, stato di transizione e parametri di attivazione; equazione di Arrhenius.
- Catalisi; equazione di Michaelis Menten.
Prerequisiti
Prerequisiti. Conoscenze di base di: chimica generale, chimica inorganica e chimica organica, matematica, fisica.
Propedeuticità. Non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti, ma è consigliato aver superato l'esame di Chimica Generale e Inorganica, Matematica I, e Fisica Generale.
Modalità didattica
Lezione frontali, 4 cfu (32 ore)
Esercitazioni, 2 cfu (20 ore)
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, le video-registrazioni di tutte le lezioni ed esercitazioni.
Testo consigliato: Elementi di Chimica
Fisica, P. Atkins, J. De Paula, Zanichelli, dall'edizione 2007.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica dell'insegnamento di Chimica Fisica si compone obbligatoriamente di una prova scritta e di una prova orale. Le due prove possono essere effettuate in appelli differenti.
La prova scritta consiste nella soluzione di esercizi di termodinamica e cinetica chimica 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 1 anno.
La prova orale prevede una breve discussione sullo scritto e un colloquio sugli argomenti svolti a lezione. 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) deriva dall'integrazione dei giudizi dello scritto e dell'orale.
Orario di ricevimento
Ricevimento previo appuntamento via e-mail.
Aims
To provide the basic concepts for the investigation of macroscopic systems,
the foresight of spontaneous processes, the definition of equilibrium
conditions, the study of chemical kinetics
The course aims to provide:
- knowledge and understanding of the principles of thermodynamics of physical and chemical transformations and the fundamentals of the kinetics of chemical and biochemical reactions, through lectures.
- ability to apply these principles to studies of interest to the sciences and technologies for the environment, through numerous examples presented in class and the classroom exercises.
- autonomy of judgment, through the analysis of real 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, to analyze complex physical and chemical transformations.
Contents
Thermodynamics: Thermodynamic properties and laws. Applications to: phase transitions; solutions; chemical reactions.
Chemical Kinetics: Rates of chemical reactions. Reaction mechanisms. Activation parameters. Catalysis.
Detailed program
a) Introduction to the properties of macroscopic systems.
b) Thermodynamics:
- Definition of the main thermodynamic properties (energy, enthalpy, entropy) and references to the laws of thermodynamics.
- Free energy and equilibrium; evaluation of the spontaneity of a process through calculation of the Gibbs free energy variations.
- Phase equilibrium: phase diagrams of pure substances; Clausius Clapeyron equation.
- Mixing equilibrium: ideal and real gas mixtures; mixtures and solutions of ideal and real liquids.
- Chemical equilibrium: variation of Gibbs free energy in reactions; equilibrium constant; van't Hoff equation.
c) Chemical Kinetics:
- Rates of chemical reactions. Rate law, rate constant and order of a reaction. Kinetic experiments.
- Methods for determining the reaction order and the rate constant.
- Reaction mechanisms.
- Reaction coordinate, transition state and activation parameters; Arrhenius equation.
- Catalysis; Michaelis Menten equation.
Prerequisites
Prerequisite. Basic knowledge of: general, inorganic and organic Chemistry, Mathematics,
Physics.
Propaedeutics. There are no imposed propaedeutics, but it is recommended to have passed the exam of General and Inorganic Chemistry, Mathematics I, and General Physics.
Teaching form
Lessons, 4 credits (32 hours)
Exercises, 2 credits (20 hours)
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; the videotapes of all the lessons and exercises.
Recommended text: Elementi di Chimica Fisica, P. Atkins, J. De Paula, Zanichelli, 2007.
Semester
Second semester
Assessment method
The assessment of the Physical Chemistry course consists in a written and an oral examinations. The two examinations can be taken separately.
The written examination consists in the solution of thermodynamic and chemical kinetic exercises and has the objective of verifying the acquired knowledge, the ability to apply such knowledge to the solution of problems, and the ability of judgement. The test is evaluated with one of the following judgments: EXCELLENT, GOOD, DISCRETE, SUFFICIENT, NOT ALLOWED. Whoever passes the written test (at least SUFFICIENT) is admitted to the oral exam. The written examination is kept valid for 1 year.
The oral examination includes a brief discussion on the written test and an interview on the topics covered in class. It aims to verify the knowledge and understanding of the exam program and the communication skills.
The final mark (18-30/30) is obtained by integrating the evaluations of the written and oral examinations.
Office hours
Students reception after e-mail appointment.
Staff
-
Laura Bonati