Ateneo - UPO

Il corso ha l'obiettivo di fornire a studentesse e studenti le competenze chimico-fisiche necessarie per lo studio dei sistemi chimici, biologici e farmaceutici, con un focus su spettroscopia molecolare, termodinamica e cinetica chimica.
Verranno inoltre fornite conoscenze di base riguardanti: i) principi chimico-fisici che governano i processi su cui si basa l’analisi strumentale; ii) il funzionamento dei componenti strumentali che permettono di ottenere il segnale analitico; iii) l'ottimizzazione delle condizioni sperimentali per l'uso corretto degli strumenti; iv) l'interpretazione e l'elaborazione dei dati ottenuti.

Peter William Atkins, Julio de Paula “Elementi di chimica fisica” Zanichelli 2018 ISBN. 978-88-08-22068-4

Marc R. Roussel "A Life Scientist's guide to physical chemistry"
Cambridge University Press
ISBN 978-0-521-18696-4
Materiale didattico fornito dal docente e caricato su piattaforma DIR.

Conoscenze e capacità di comprensione: acquisire solide conoscenze degli aspetti fondamentali delle proprietà chimico-fisiche alla base dei metodi di studio di sistemi di interesse biotecnologico, biologico e farmaceutico.
Conoscenze e capacità di comprensione applicate: acquisire la capacità di saper valutare, alla luce delle nozioni apprese durante il corso, quali siano i metodi chimico-fisici più idonei allo studio di determinati sistemi.
Abilità comunicative: acquisire e saper utilizzare un lessico appropriato in relazione agli argomenti ed alle tecniche trattati nel corso.
Autonomia di giudizio: capacità di analizzare con senso critico gli elementi legati alla chimica-fisica in problemi complessi e realistici.

Nozioni acquisite con lo studio degli argomenti di Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Organica, Matematica e Fisica, nonché nozioni di matematica dei programmi della scuola media superiore (es. logaritmi, trigonometria, ecc.).

Lezioni frontali in aula con proiezione di slide, filmati ed esercizi svolti. Se possibile, per alcuni argomenti limitati si sperimenterà la lezione “flipped classroom”. Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni (in formato pdf) sarà reso disponibile sulla piattaforma DIR. Un CFU, corrispondente a 12 ore di lezione, sarà riservato allo svolgimento di esercizi in aula.

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 allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-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 contenente 4 esercizi da risolvere e 6 domande sulla parte teorica.
Orale facoltativo.

Introduzione alla chimica-fisica e sue applicazioni ai sistemi biologici, biotecnologici ed alla medicina.
Transizione dal mondo macroscopico al mondo micro e nanoscopico per la comprensione dei fenomeni chimici e biologici.
Interazione energia-materia con attenzione ai meccanismi che riguardano l’assorbimento e l’emissione di radiazione elettromagnetica. Proprietà dello spettro elettromagnetico e il suo utilizzo come sorgente per le tecniche di spettroscopia molecolare. Verranno prese in considerazione le spettroscopie ottiche quali le spettroscopie vibrazionali (FTIR e Raman) ed elettroniche (assorbimento UV-Vis e luminescenza) esaminando i principi teorici che regolano le transizioni tra livelli rotazionali, vibrazionali ed elettronici con cenni sulle applicazioni per il riconoscimento di molecole e per lo studio della struttura di biomolecole e di sistemi complessi. Per quanto riguarda le spettroscopie vibrazionali verranno analizzate le spettroscopie FTIR e Raman evidenziando la differenza delle due tecniche negli aspetti teorici e sottolineando la loro complementarietà. Le spettroscopie elettroniche prese in considerazioni saranno la spettroscopia di assorbimento UV-Vis e di luminescenza (fluorescenza e fosforescenza) e i processi di decadimento dagli stati elettronici eccitati.
Termodinamica
Le proprietà dei gas: gas; gas perfetti; le leggi dei gas; teoria cinetica dei gas; gas reali
I tre principi della termodinamica e lo zeresimo principio. Spontaneità e reversibilità delle reazioni chimiche e reazioni all’equilibrio.
Equilibri fisici. Le trasformazioni fisiche delle sostanze pure. I diagrammi di fase. Stabilità delle fasi e transizioni di fase. Le miscele semplici: descrizione termodinamica e diagrammi di fase. Soluzioni ideali, reali e proprietà.
Equilibrio chimico e Energia libera. Costante di equilibrio termodinamico. Equazione di Gibbs-Helmholtz. Equazione di Van't Hoff.
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.
Cenni di catalisi.

Gli studenti dovranno conoscere e saper spiegare, anche attraverso l’uso di formalismi, le nozioni relative ai concetti fondamentali delle spettroscopie molecolari, della termodinamica e della cinetica applicate a sistemi complessi.