00122 - CHIMICA FISICA

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.

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 (in presenza e/o online)

Modalità di verifica e valutazione 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 e di 2-3 esercizi numerici per la parte di cinetica (il cui numero dipende dalla complessità degli stessi). 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 o online, lavagna, powerpoint

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesco Paolucci

Consulta il sito web di Cristina Puzzarini