Ateneo - UPO

Il corso fornisce informazioni sulle interazioni tra energia e materia dal livello microscopico a quello macroscopico. Verranno presi in considerazione i principi della termodinamica classica e della cinetica chimica con particolare attenzione alla termochimica e agli aspetti energetici.

Libro di testo: “Termodinamica, Termodinamica statistica e Cinetica" di T. Engel e P. Reid (Piccin editore). Edizione: 4, 2023; ISBN: 978-88-299-3328-0

Obiettivo principale del corso è presentare i principi della termodinamica chimica classica nonché della cinetica chimica e di consolidare queste conoscenze nei vari settori della chimica della vita e dei materiali. La trattazione sempre rigorosa degli argomenti teorici verrà costantemente affiancata da esercitazioni numeriche e applicazioni di laboratorio onde rendere chiara la relazione tra le osservabili misurate sperimentalmente e i modelli teorici che permettono la loro interpretazione.  Durante lo svolgimento del corso lo studente acquisirà il linguaggio della chimica fisica e acquisterà la capacità di risolvere problemi chimico-fisici rilevanti in vari settori scientifico-tecnologici mediante l'applicazione dei concetti di base della termodinamica e della cinetica chimica. Al termine del corso, lo studente conoscerà i principi termodinamici che regolano gli scambi energetici tra sistemi chimici e fisici, la conversione tra differenti forme di energia, l'equilibrio fisico e chimico in sistemi a più componenti e a più fasi. Sarà in grado di raccogliere dati scientifici attraverso l'uso di tecniche e metodologie di tipo chimico-fisico, ricavando proprietà molecolari da dati calorimetrici ed cinetici.

Frequenza dei corsi di matematica, fisica e chimica generale ed inorganica.

Lezioni frontali in aula con proiezione di slide, filmati ed esercizi svolti. Il materiale didattico (file pdf) utilizzato durante le lezioni sarà disponibile sulla piattaforma DIR.
Il modulo di laboratorio prevede alcune esperienze, individuali e/o di gruppo, sulla termodinamica e sulla cinetica, relative agli argomenti affrontati durante il corso.

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi all’ufficio di riferimento consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studentesse-e-studenti-condizione-di-disabilità-e-dsa. Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

Prova scritta e prova orale. Prova scritta: 6 esercizi (4 di termodinamica e 2 di cinetica). Prova orale ( obbligatoria previo superamento della prova scritta con votazione uguale o superiore a 18/30): 1 domanda (estratta a sorte) sulle esperienze condotte in laboratorio (la studentessa o lo studente devono saper descrivere l'esperienza e discutere i risultati), 5 domande sulla parte teorica svolta durante il corso. E' necessario presentarsi alla prova orale con il quaderno di laboratorio compilato.

Fondamenti di Termodinamica Classica. Premesse ai principi della Termodinamica: dalle proprietà microscopiche dei sistemi chimici alle proprietà macroscopiche, sistema e ambiente, processi reversibili e irreversibili, stato di equilibrio termodinamico, equazioni di stato e funzioni di stato. Zeresimo principio: equilibrio termico. Teoria cinetica dei gas, equazione di stato dei gas perfetti ed equazioni che descrivono il comportamento dei gas reali. Le costanti critiche. Il primo principio: lavoro, calore, energia interna ed entalpia. Calori specifici e capacità termiche. Il primo principio in azione: la termochimica. Il secondo principio: entropia ed energia libera di Gibbs. Condizioni di spontaneità di una reazione chimica. Le equazioni fondamentali per un sistema chiuso. Il terzo principio: entropie ed energie libere standard. Il potenziale chimico. Il passaggio da sistema chiuso a sistema aperto. Le sostanze pure: potenziale chimico e condizioni di equilibrio di fase, il concetto di varianza, i diagrammi di fase. Il punto critico. I miscugli omogenei: grandezze di mescolamento, grandezze molari parziali e potenziali chimici. I miscugli eterogenei: condizioni di equilibrio di fase e regola della fasi. Le reazioni chimiche: le grandezze standard di reazione e le costanti di equilibrio. L’influenza delle variabili fisiche sullo spostamento dell’equilibrio. Proprietà dei miscugli ideali e non: attività e coefficienti di attività. Proprietà colligative. Cinetica Chimica Relazione tra cinetica e termodinamica. Definizione di velocità ed ordine di reazione. Leggi cinetiche e integrazione. Determinazione dell’ordine di reazione e della costante cinetica. Stadio determinante la velocità di reazione e approssimazione dello stato stazionario. Velocità di reazione e temperatura: legge di Arrhenius. Relazione tra costante di equilibrio e costante cinetica. Meccanismi delle reazioni chimiche. Cinetica enzimatica.

Conoscenza e comprensione: conoscenza dei principi e dei metodi di base della Termodinamica Classica e della Cinetica Chimica. Conoscenza delle principali funzioni di stato e delle loro relazioni, del calcolo di calore, lavoro e efficienza; conoscenza del concetto e dell’utilizzo del potenziale chimico, anche in relazione alle leggi dell’equilibrio chimico; conoscenza dei principi della cinetica e delle relazioni che legano velocità di reazione e meccanismo di reazione.

 Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di risolvere problemi che coinvolgono leggi termodinamiche e cinetiche; abilità nella soluzione numerica di problemi chimico-fisici; abilità nel riconoscere e quantificare gli elementi legati alla termodinamica in problemi e processi complessi; capacità di risolvere problemi di cinetica chimica legati alla velocità di reazione. Autonomia di giudizio: capacità di analizzare con senso critico gli elementi legati alla termodinamica e cinetica chimica in problemi complessi e realistici. Questo aspetto viene principalmente valutato attraverso la prova scritta mediante la soluzione di appropriati problemi. 

 Abilità comunicative: abilità di relazionare su argomenti scientifici, e in particolare chimico-fisici, in maniera precisa, concisa e chiara, sia per iscritto sia oralmente. Viene valutato in sede di esame analizzando il linguaggio usato nel rispondere alle domande orali.

 Capacità di apprendimento: capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato, anche per una successiva autonoma acquisizione di conoscenze superiori. Viene valutata in sede di esame attraverso lo svolgimento degli esercizi scritti.