Obiettivi formativi
E’ obiettivo del corso di Chimica Fisica stabilire e sviluppare i principi atti a spiegare ed a interpretare le reazioni e le trasformazioni chimiche, tramite l’impiego di "modelli", peculiarità della Chimica Fisica. Lo studente dovrà acquisire le nozioni fondamentali di termodinamica classica, statistica e di non-equilibrio, e di cinetica, con particolare riferimento allo studio e all’interpretazione dei processi chimici ed elettrochimici, dei fenomeni di trasporto e dei sistemi colloidali.
Prerequisiti
<p>Non sono stabiliti prerequisiti obbligatori, ma si consiglia di seguire i corsi di Matematica, Fisica, Chimica Generale, prima del corso di Chimica Fisica.</p>
Contenuti dell'insegnamento
<p> 1. <strong>Termodinamica classica applicata a sistemi chimici e biologici con elementi di termodinamica statistica</strong> <br />
Variabili e funzioni di stato. Principi della termodinamica. Dipendenza delle grandezze termodinamiche da pressione e temperatura. Termochimica. Calorimetria. Interpretazione molecolare della termodinamica. Concetti introduttivi di termodinamica statistica. Funzione di partizione molecolare. Relazioni di Maxwell. Alcuni esempi numerici. <br />
2. <strong>Equilibri di fase nelle sostanze pure</strong> <br />
Diagrammi di fase. Equazione di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron. Liquefazione dei gas e fenomeni critici. Equazione degli stati corrispondenti. Regola delle fasi di Gibbs. <br />
3. <strong>Proprietà termodinamiche delle soluzioni e loro applicazioni</strong> <br />
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. Diagrammi di stato composti. L’attività del soluto. L’attività dell’acqua negli alimenti. Il potenziale chimico del solvente. Proprietà colligative. Determinazione del peso molecolare. Equilibri di fase in presenza di una membrana semipermeabile: pressione osmotica. Soluzioni di macromolecole. Equilibrio di dialisi ed effetto Donnan. <br />
4. <strong>Equilibrio in una reazione chimica</strong> <br />
Condizioni di equilibrio in una reazione chimica. Energia libera e costante di equilibrio. Attività e forza ionica. Termodinamica statistica applicata all'interpretazione degli equilibri in soluzione. La funzione n di Bjerrum. Diagrammi di distribuzione. Curve di binding. La cooperatività. <br />
5. <strong>Elettrochimica</strong> <br />
Celle elettrochimiche. Elettrodi. Equazione di Nernst. Potenziali normali. Il potenziometro. La corrosione. Pile di concentrazione. Lo stimolo nervoso. <br />
6. <strong>Bioenergetica </strong><br />
Processi passivi e processi attivi. Fenomeni di trasporto: trasporto attivo e passivo. Reazioni endoergoniche ed esoergoniche. Accoppiamento di reazioni. <br />
7. <strong>Termodinamica di non-equilibrio e fenomeni di trasporto</strong> <br />
Forze e flussi. Equazioni fenomenologiche. Teorema di Curie. Teorema di Prigogine. Legge di Onsager. La funzione dissipazione. Concetto di stato stazionario. Mobilità degli ioni in soluzione. Elettroforesi. La diffusione e le sue leggi. Sedimentazione e ultracentrifuga. Reologia. <br />
8. <strong>Cinetica </strong><br />
La velocità delle reazioni ed i fattori che la influenzano. Stechiometria, ordine di una reazione e sua molecolarità. Reazioni del I e del II ordine. Tempo di dimezzamento. Equazione di Arrhenius. Catalisi. Cinetica enzimatica. Reazioni veloci. <br />
9. <strong>Forze intermolecolari</strong><br />
Legami di Van der Waals. Dipoli permanenti e indotti. Energia potenziale. Legame di idrogeno. Interazioni idrofobiche. Coefficiente di ripartizione. <br />
10. <strong>Sistemi colloidal e interfasi</strong> <br />
Definizione e classificazione. Forze intermolecolari nei sistemi colloidali. Teoria DLVO. Interfasi solido-gas, liquido-gas, liquido-liquido, solido-liquido. Tensione superficiale e sua determinazione. I tensioattivi: struttura e classificazione. Sistemi micellari in fase acquosa. Lo spreading. Bagnabilità. Emulsioni. Microemulsioni. Cristalli liquidi. <br />
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Programma esteso
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Bibliografia
P. W. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica, quarta edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2004.
Metodi didattici
<strong>Metodologie di insegnamento</strong>: lezioni frontali con l’ausilio di lucidi e/o presentazioni a computer, a disposizione degli studenti prima delle lezioni stesse. <br />
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<strong>Modalità d'esame</strong>: Durante il corso sono previste 3 prove scritte in itinere, a cadenza mensile, il cui esito positivo comporta il superamento dell’esame. In alternativa, l’esame è scritto, con possibilità di verifica orale. <br />
Modalità verifica apprendimento
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Altre informazioni
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