Insegnamenti e programmi

 

SM/0116 - LABORATORIO DI CHIMICA FISICA I

Anno Accademico ​2021/2022

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



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/58] ​ ​CHIMICA [58/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE672
Obiettivi

Conoscenza e comprensione:
Lo studente dovrà conoscere i principi che stanno alla base delle determinazioni chimico fisiche indagate. In particolare, verrà acquisita dallo studente la conoscenza delle principali tipologie di diagrammi di stato e delle grandezze che evidenziano lo scostamento dal comportamento ideale dei sistemi reali a due componenti. Lo studente dovrà essere in grado di comprendere un quesito di tipo chimico fisico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Gli studenti dovranno padroneggiare il formalismo chimico fisico, eseguire correttamente le determinazioni sperimentali previste ed analizzare i dati concernenti grandezze termodinamiche e sistemi studiati da un punto di vista concettuale nelle lezioni frontali e/o da un punto di vista sperimentale in laboratorio. Dovranno, inoltre, essere in grado di leggere differenti diagrammi di stato di composti puri e miscele. Lo studente dovrà essere in grado di impostare la risoluzione di esercizi numerici di tipo chimico fisico. In laboratorio gli studenti, lavorando in gruppo, dovranno imparare ad organizzare ed a eseguire gli esperimenti previsti.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà riuscire ad individuare le connessioni tra teoria e determinazioni sperimentali ed operare le scelte più opportune nell'esecuzione degli esperimenti e nella stesura delle relazioni contenenti l'elaborazione dei dati sperimentali.
Abilità comunicative:
Le abilità comunicative verranno migliorate grazie al lavoro di stesura delle relazioni ed alla preparazione necessaria per poter sostenere la prova orale.
Capacità di apprendimento:
La capacità di apprendimento verrà sviluppata nelle ore di studio individuale, nell’esecuzione dei calcoli preparatori degli esperimenti, durante la risoluzione degli esercizi ed in particolare nella stesura delle relazioni e nell'elaborazione dei dati mediante fogli di calcolo e programmi di grafica.

Prerequisiti

Conoscenze richieste: Basi di aritmetica, algebra, geometria analitica, analisi matematica, fisica, chimica generale, stechiometria e chimica fisica. Per poter frequentare il corso è indispensabile aver raggiunto 30 CFU, regolarmente registrati, aver superato gli esami di: Chimica Generale ed Inorganica e Laboratorio, Matematica 1 e Matematica 2 (Istituzioni ed Esercitazioni di Matematica I per gli iscritti nel 2016 e precedenti) ed aver frequentato il corso di Chimica Fisica I.

Contenuti

• Introduzione al corso. Convenzioni IUPAC in chimica fisica. 2 h.
• Richiami sul I principio. Descrizione della bomba calorimetrica. Principio di funzionamento del calorimetro adiabatico e valutazione del ΔT coinvolto. Determinazione del ΔU e calcolo del relativo valore del ΔH. Procedura sperimentale della determinazione del calore di combustione a volume costante di saccarosio, acido salicilico, vanillina ed altre sostanze. 2 h.
• I diagrammi di stato di sistemi ad uno e a due componenti. La regola delle fasi, la regola delle coordinate, la regola della corda e la regola della leva. Lettura dei diversi tipi di diagrammi di stato. 2 h.
• Panoramica sugli equilibri liquido-liquido. Descrizione dettagli della determinazione del diagramma di stato isobaro (T, w 100) relativo all’equilibrio liquido-liquido del sistema: 1-propossi-2-propanolo + acqua. 1 h.
• I diagrammi di stato relativi all’equilibrio liquido - solido. Panoramica su alcuni tipi di diagrammi di stato relativi a miscele binarie in cui i due costituenti sono totalmente solubili allo stato liquido ed allo stato solido: i) totalmente solubili; ii) parzialmente solubili; iii) totalmente insolubili. Temperatura e composizione eutettica. Descrizione procedura sperimentale relativa alla determinazione dei diagrammi di stato dall’analisi delle curve di raffreddamento per il sistema Bi + Sn. 2 h.
• I diagrammi di stato relativi all’equilibrio liquido - vapore. Pressione di vapore e legge di Raoult. Panoramica sulle deviazioni dalla legge di Raoult: positive e negative, forti e deboli. Miscele azeotropiche. Determinazione della composizione di un liquido da misure di indice di rifrazione. Dettagli sperimentali riguardanti la costruzione dei diagrammi (T,x,y) e (x,y) e individuazione della composizione azeotropica per il sistema 1-propanolo + acqua. 2 h.
• Quantità parziali molari. Definizione delle grandezze di miscelamento. Relazione tra densità e volume molare medio, Vm. Applicazione del metodo delle intercette a Vm per la determinazione dei volumi parziali molari. Calcolo del volume d’eccesso, VE. Principio di funzionamento del densimetro a tubo vibrante. Calibrazione. Dettagli sperimentali riguardanti la determinazione, mediante densitometria, dei volumi parziali molari, a 25.00 °C, dei componenti il sistema acqua + etanolo. 2 h.
• Definizione di viscosità. Descrizione esecuzione determinazione sperimentale della viscosità di miscele 1,2,3-propantriolo + etanolo a diverse temperature. La legge di Arrhenius. Determinazione dei parametri di Arrhenius di una sostanza pura. 2 h.
• Elementi sulla conduzione elettrolitica. Metodo di determinazione della costante di acidità di un acido debole a partire dai valori di conducibilità. Descrizione determinazione sperimentale della costante di acidità dell'acido tricloroacetico in acqua. 1 h.

Metodi Didattici

Preliminarmente lo studente seguirà un ciclo di lezioni frontali in aula (16 h) in cui vengono illustrati i metodi e le procedure sperimentali.
In laboratorio gli studenti lavoreranno in gruppi di 2, 3 o 4 persone. Durante le esercitazioni (48 h) ogni studente eseguirà le attività sperimentali e di calcolo previste dal programma. Le ultime due lezioni del corso saranno dedicate allo svolgimento di esercitazioni numeriche individuali. Durante le esercitazioni o nelle ore di studio individuale, ogni studente dovrà risolvere autonomamente gli esercizi numerici che verranno assegnati durante il corso.
La didattica verrà erogata prevalentemente in presenza, eventualmente integrata da attività online. Nel caso in cui si riveli necessario modificare le modalità di erogazione, i contenuti e le attività del corso rimarranno invariati.
Il fascicolo delle relazioni, uno per ogni gruppo, ed il quaderno con gli esercizi svolti da ogni studente, dovranno essere consegnati a fine corso e comunque 10 giorni prima della data d’esame. Ogni studente potrà, inoltre, fornire un documento integrativo contenente commenti e precisazioni personali.

Verifica dell'apprendimento

Modalità d'esame:
Per poter superare l’esame è necessario: aver svolto le attività pratiche previste (sperimentali e di calcolo), presentare le relative relazioni contenenti l’elaborazione dei risultati ed il quaderno con la risoluzione degli esercizi assegnati, e, da ultimo, superare una prova orale. Gli esercizi proposti riguarderanno l’applicazione degli argomenti affrontati durante il corso. • Calorimetria e termochimica. Riguardanti miscele binarie: • lettura dei diagrammi di stato; • utilizzo dei volumi parziali molari ed altre proprietà volumetriche; • applicazioni leggi di Raoult e Dalton; • viscosità e sua dipendenza dalla temperatura. La prova orale - in presenza o in modalità telematica - può essere sostenuta solo dagli studenti in regola con le propedeuticità. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere – da un punto di vista chimico fisico – le grandezze coinvolte, i metodi impiegati nelle determinazioni sperimentali ed essere in grado di interpretare i diagrammi di stato studiati.
Valutazione:
La valutazione dell’esame terrà conto, per il 50 %, della prova orale, per il 25 %, della valutazione delle relazioni e delle capacità sperimentali dimostrate in laboratorio e per il 25 % delle abilità di calcolo dimostrate nelle esercitazioni numeriche individuali e negli esercizi svolti riportati nel quaderno.
Ogni elaborato ed ogni risposta, data per iscritto o in forma orale, ad un particolare quesito 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

Studio
P. Atkins, J. de Paula Chimica Fisica, V edizione, Zanichelli 2012. Argomenti: tutti.
Robert A. Alberty “Physical Chemistry” seventh edition, John Wiley & sons, New York, 1987 o edizioni successive. Argomento: deviazioni dalla legge di Raoult.
G. Morisi Chiorboli, “Riassunto delle lezioni del corso di Esercitazioni di Chimica Fisica”, Parte I, Cap II. Università degli Studi di Bologna. Argomento: diagrammi di stato su equilibrio liquido-solido.
Consultazione
IUPAC Green Book, Quantities, Units and Symbol in Physical Chemistry, RSC Publishing, 2007, Third Edition.
Manuale di funzionamento densimetro 4500 Mettler Toledo
Manuale di funzionamento viscosimetro SVM 3000 Anton Paar
Manuale di funzionamento conduttimetro mod. 120. (ANALITICA produzione, Cinisello Balsamo MI)

Altre Informazioni

Comunicazioni riguardanti l’iscrizione al corso verranno divulgate mediante pubblicazione nel sito web del corso di studi ed in quello del docente:
https://unica.it/unica/page/it/silviaporcedda
Comunicazioni, diapositive del corso, testi di esercizi, esercizi svolti e materiale didattico vario verranno resi noti mediante pubblicazione sulla chat o condivisione di file sul team del corso - LABORATORIO DI CHIMICA FISICA I AA 2122 - appositamente creato su MS-TEAMS.

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