00122 - CHIMICA FISICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce: - i concetti fondamentali relativi alla termodinamica, cinetica e elettrochimica di sistemi fisici, chimici, biochimici e chimico-farmaceutici e le strategie sperimentali per lo studio di tali sistemi; - gli aspetti fondamentali riguardanti l'interpretazione quantomeccanica degli insiemi atomico-molecolari e le relazioni fra struttura molecolare e proprietà macroscopiche di tali insiemi. Inoltre lo studente: - è in grado di comprendere gli aspetti energetici e cinetici dei meccanismi delle reazioni chimiche con particolare riguardo a quelle di interesse biologico, farmaceutico e farmacologico; - sa valutare criticamente la coerenza fra meccanismi ipotizzati per i sistemi chimico-fisici e i comportamenti sperimentalmente osservati; - possiede gli strumenti per comprendere argomenti relativi alla caratterizzazione strutturale dei farmaci e agli impianti dell’industria farmaceutica.

Contenuti

(Modulo 1: Termodinamica)

Sistemi termodinamici. Calore, lavoro ed energia interna.

Entropia e suo significato statistico. Temperatura assoluta. Equilibrio termodinamico.

Funzioni di stato ausiliarie: entalpia, energie libere di Gibbs e Helmholtz.

Equazioni fondamentali. Capacità termiche. Termochimica. Potenziale chimico.

Transizioni ed equilibri di fase (sistemi a un componente). Regola delle fasi. Grandezze molari parziali, soluzioni ideali e reali, attività.

Transizioni ed equilibri di fase (sistemi a due componenti). Diagrammi di fase.

Miscele reattive: equilibrio chimico e costanti di equilibrio.

Termodinamica elettrochimica.

 

(Modulo 2: Cinetica chimica)

Ordine di reazione, molecolarità, processi elementari, relazione tra cinetica di processi elementari e stechiometria.

Legge cinetica del prim'ordine: integrazione, determinazione della costante cinetica, tempi di semivita e di vita medio, esempi numerici.

Legge cinetica del second'ordine:  integrazione equazione cinetica ad 1 reagente, integrazione equazione cinetica a 2 reagenti, determinazione della costante cinetica, tempo di semivita, esempi numerici.

Legge cinetica di ordine n: integrazione, determinazione della costante cinetica, tempo di semivita, esempi numerici.

Processi cinetici non-elementari: reazioni consecutive, reazioni simultanee, costruzione delle equazioni cinetiche differenziali, esempi.

Approssimazione stato stazionario, approssimazione del pre-equilibrio, esempi numerici (determinazione della concentrazione dei prodotti).

Dipendenza della costante cinetica dalla temperatura: equazione di Arrhenius e sua giustificazione.

(Modulo 2: Introduzione alla Meccanica Quantistica)

Insuccessi della fisica classica (radiazione del corpo nero, distribuzione di Planck, Spettri atomici e molecolari).

Dualismo onde-particelle (natura corpuscolare della radiazione e natura ondulatoria delle particelle).

Principi della meccanica quantistica: equazione di Schrödinger, interpretazione della funzione d'onda, principio di indeterminazione.

Particella nella scatola monodimensionale; effetto tunnel.

Moto vibrazionale: oscillatore armonico.

Moto rotazionale: rotazione in 2 dimensioni.

Struttura degli atomi idrogenoidi: orbitali atomici e loro energie

Testi/Bibliografia

-       P. Atkins e J. De Paula, Chimica Fisica, Zanichelli

-       R. Cervellati, Lezioni di cinetica chimica sperimentale e interpretativa, Ed. CompoMat

-       Appunti di lezione

Metodi didattici

lezioni frontali ed esercitazioni numeriche

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento che ha lo scopo di accertare l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese avviene attraverso il solo esame finale che consiste in una prova scritta. La prova consiste nella risoluzione di due esercizi numerici per il modulo di termodinamica, di un problema numerico per la parte di cinetica chimica e di un quesito numerico teorico per la parte di introduzione alla meccanica quantistica. Gli esercizi e i problemi riguarderanno gli argomenti del programma svolto in aula e saranno redatti secondo tipologie analoghe agli esercizi svolti in aula dal docente. Al candidato verrà inoltre posto un quesito teorico a risposta aperta per ciascun modulo.

Il voto finale, composto come media dei voti riportati nelle prove relative ai due moduli, riflette la valutazione complessiva del candidato.

Strumenti a supporto della didattica

lezione tradizionale in aula, lavagna, powerpoint

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesco Paolucci

Consulta il sito web di Cristina Puzzarini