Insegnamenti e programmi

 

388 - CHIMICA FISICA

Anno Accademico ​2020/2021

Docente
SILVIA ​PORCEDDA (Tit.)
Periodo
Primo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
 ​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[50/21] ​ ​CHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE [21/00 - Ord. 2014] ​ ​PERCORSO COMUNE864
Obiettivi

Conoscenza e comprensione:
Al termine del corso gli studenti dovrebbero aver acquisito la conoscenza delle grandezze in grado di descrivere lo stato dei sistemi ideali e reali. Dovranno conoscere i principi della termodinamica e loro applicazioni, finalizzate in particolare alla comprensione e previsione di fattibilità, spontaneità ed equilibrio di semplici trasformazioni fisiche e chimiche.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Il corso fornirà allo studente le nozioni teoriche necessarie alla comprensione di numerose tematiche scientifiche di attualità ed alla razionalizzazione di un’ampia gamma di processi chimici e fisici. Gli studenti dovranno essere in grado di interpretate i più basilari diagrammi di stato per sistemi ad uno e due componenti.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà riuscire ad individuare le connessioni tra teoria e sistemi reali ed operare le scelte più opportune nell’inquadramento di un esercizio/problema chimico fisico e nella sua risoluzione.
Abilità comunicative:
Il corso si prefigge di sviluppare la capacità di esporre in modo sintetico ed esauriente un argomento scientifico sia in forma scritta che orale. Le abilità comunicative verranno sviluppate grazie esercitazioni in aula ed al lavoro di preparazione delle prove scritte e orali.
Capacità di apprendimento:
La capacità di apprendimento verrà sviluppata seguendo i ragionamenti illustrati nelle lezioni frontali e nello studio individuale e durante la risoluzione di esercizi e problemi sia durante le esercitazioni che in autonomia.

Prerequisiti

Il corso è consigliato agli studenti che abbiano conseguito almeno 30 CFU ed abbiano superato almeno gli esami di Matematica e di Chimica Generale ed Inorganica. Viene richiesta la conoscenza della matematica di base; delle operazioni fondamentali, comprese derivazione e integrazione di funzioni semplici, dei principi della Fisica, e dei fondamenti della Chimica Generale ed Inorganica.

Contenuti

Finalità della Chimica Fisica, della Termodinamica e della Cinetica.
Principali raccomandazioni IUPAC riguardanti la chimica fisica. Grandezze fisiche e unità di misura.
Gli aeriformi. I gas perfetti. Definizione di P, V, T, n. Equazione di stato dei gas ideali e le altre leggi. Miscele di gas e legge di Dalton. I gas reali e la liquefazione. Diagramma di Andrews. Equazione del viriale e di van der Waals. Il punto critico. Il fluido supercritico. Elementi di teoria cinetica dei gas. Curva di distribuzione di Maxwell delle velocità molecolari.
Definizioni di base della termodinamica: sistema, ambiente, universo, energia interna, U; lavoro, w; calore, q.
Principio 0 della Termodinamica.
Enunciato del 1° principio della termodinamica per sistemi chiusi o isolati. Definizione di entalpia, H. Funzioni estensive ed intensive, funzioni di stato e di percorso ed uso del simbolo delta, Δ. Capacità termica a pressione ed a volume costante. Determinazione di ΔU e ΔH da misure di ΔT. Processi reversibili ed irreversibili. Determinazione di q, w e ΔU nel caso di espansione isoterma ed espansione adiabatica. Termochimica. Stati standard e di riferimento. Entalpie di transizioni di fase ed entalpia standard di reazione. Illustrazione tabelle di entalpie standard di formazione, di ionizzazione, di cattura elettronica e di legame. Legge di Hess. Legge di Kirchhoff. L’effetto Joule-Thomson.
Il 2° principio della termodinamica. Definizione di entropia, S. Implicazioni dei risultati riguardanti il ciclo di Carnot. Variazione di entropia associata all’espansione isoterma ed a una variazione di temperatura a V o a P costante. Calcolo ΔS ambiente e ΔS universo. ΔS nelle transizioni di fase. Regola di Trouton.
3° Principio della termodinamica. Calcolo del valore di entropia tra (0 e T) K. Entropie molari standard e calcolo delle entropie standard di reazione. Definizione dell’energia di Gibbs, G. Calcoli di applicazione delle relazioni termodinamiche.
Equilibri di fase riguardanti una sostanza pura. Energia di Gibbs molare e criteri di stabilità delle fasi. Dipendenza di G da P e T. Diagrammi di stato (P, T) tipici e atipici. Equazione di Clapeyron. Forme integrate dell’equazione di Clapeyron per i diversi equilibri bifasici. Calcoli. Regola delle fasi.
Miscele binarie. Definizione di volumi parziali molari e idealità. Definizione potenziale chimico, μ. Legge di Raoult e di Henry. Miscele ideali. Deviazioni dalla legge di Raoult. Potenziale chimico di componenti una miscela liquida. Soluzioni reali, attività e coefficienti di attività.
Le proprietà colligative e relazioni relative. Calcoli di applicazione delle relazioni termodinamiche.
Diagrammi di stato di miscele binarie. Regole di lettura dei diagrammi di fase. Regola della leva. Diagrammi (P,x,y) e (T,x,y) rappresentanti l’equilibrio liquido-vapore di un sistema ideale. Diagrammi (T,x,y) di miscele azeotropiche.
Rappresentazione grafica dell’equilibrio liquido-liquido. Analisi termica. Differenti tipi di digrammi liquido – solido.
L’equilibrio chimico nei sistemi reagenti. Energia di Gibbs di reazione. ΔrG e composizione. Quoziente di reazione Q e costante di equilibrio, K. ΔrG standard da ΔG° di formazione. La risposta dell’equilibrio alle perturbazioni. Influenza della T sulla K. Calcoli di applicazione delle principali relazioni.
Cinetica chimica. Definizione di velocità di reazione, leggi cinetiche, costanti cinetiche e ordine di reazione. Influenza della temperatura sulla velocità di reazione. Teoria degli urti, teoria dello stato di transizione. Calcoli di applicazione delle principali relazioni.
Catalisi. La catalisi omogenea ed eterogenea. Gli enzimi. La cinetica di Michaelis-Menten.
Lo stato colloidale. Colloidi liofili e liofobi, tensioattivi e auto-associazione.

Metodi Didattici

Il corso è suddiviso in 48 h di lezioni frontali e 16 h di esercitazioni dedicate al calcolo ed alla risoluzione di quesiti. Le esercitazioni verranno svolte a conclusione e completamento di ogni argomento trattato da un punto di vista teorico.
La didattica verrà erogata contemporaneamente sia in presenza sia in modalità telematica in sincrono. Ogni studente, all'inizio del semestre può optare, con scelta vincolante, per la didattica in presenza o a distanza. In funzione della disponibilità delle aule e del numero di studenti che opteranno per la modalità in presenza, potrà essere prevista comunque una turnazione per l'effettivo accesso in aula. I contenuti e le attività del corso saranno gli stessi, indipendentemente dalle modalità di erogazione.

Verifica dell'apprendimento

Modalità d’esame:
Gli studenti dovranno superare, con punteggio superiore a 18/30, prima una prova scritta e successivamente un esame orale, in presenza o in modalità telematica. In alternativa alla prova scritta, si potranno sostenere e superare due verifiche scritte; la prima a metà corso e la seconda a conclusione di esso. Le prove scritte verteranno principalmente sullo svolgimento di esercizi numerici e sull’interpretazione di dati e grafici, in particolare, diagrammi di stato. La prova orale consisterà nell’esposizione dettagliata di alcuni degli argomenti affrontati durante il corso. Le prove scritte superate avranno validità 12 mesi. La prova orale può essere sostenuta solo dagli studenti in regola con le propedeuticità; dovranno aver superato gli esami di Fisica e Chimica Generale ed Inorganica
Valutazione:
La valutazione dell’esame terrà conto, per il 50 %, della prova orale e per il 50 %, della valutazione della/e prova/e scritta/e.
Durante le prove d’esame verranno valutati diversi aspetti.
• Qualità delle conoscenze, abilità, competenze manifestate considerando:
a) appropriatezza
b) correttezza
c) congruenza.
• Modalità espositiva:
a) capacità espressiva
b) utilizzo appropriato del linguaggio specifico della disciplina
c) capacità logiche e consequenzialità nel raccordo dei contenuti
e) capacità di collegare differenti argomenti trovando i punti comuni o altri elementi di connessione.
f) capacità di sintesi anche mediante l’uso del simbolismo proprio della materia in schemi, grafici, equazioni.
• Qualità relazionali:
a) disponibilità allo scambio e all'interazione con un interlocutore.
• Qualità personali:
a) spirito critico.

Ogni risposta ad un particolare quesito/esercizio/problema, data per iscritto o in forma orale, viene valutata secondo la seguente Tabella Docimologica.
TABELLA DOCIMOLOGICA
Voto espresso in trentesimi Criterio di Valutazione
30 Lode La risposta è ineccepibile sotto ogni punto di vista.
28 - 30 La risposta al quesito è diretta, concettualmente e formalmente corretta, completa ed articolata. Dove opportuno vengono esposte e descritte le deduzioni matematiche. L’esposizione è particolarmente ricca e precisa e si avvale di spunti critici e personali; la proprietà di linguaggio e le conoscenze sono appropriate in ogni singolo dettaglio. Lo studente è in grado di fare collegamenti tra argomenti diversi.
25 - 27 La risposta al quesito è formalmente corretta ma non sono stati adottati i metodi più appropriati di risoluzione. L’esposizione è chiara e fluida; la proprietà di linguaggio è adeguata e le conoscenze sono buone anche se non particolarmente ricche nei dettagli.
22 - 24 La risposta al quesito è affetta da imprecisioni o da errori di distrazione L’esposizione è chiara ma affetta da esitazioni o ripetizioni; la proprietà di linguaggio è limitata ma le conoscenze sono adeguate pur con qualche incertezza.
18 - 21 La risposta al quesito, anche se correttamente impostata, è affetta da significativi errori ed imprecisioni. L’esposizione è poco chiara; la proprietà di linguaggio è limitata e le conoscenze sono appena sufficienti. Lo studente non è in grado di fare collegamenti tra argomenti diversi.
1 – 17 Lo studente commette gravi errori concettuali o di svolgimento. La domanda non viene compresa.
0 Non viene fornita alcuna risposta

Testi

Atkins P., De Paula J. Elementi di Chimica Fisica. Zanichelli, Bologna, 2007, 3° edizione italiana,
Atkins P., De Paula J. Chimica Fisica. Zanichelli, Bologna, 2012, 5° edizione italiana o successive.



Altre Informazioni

Saranno fornite le diapositive del corso.

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