PRESENTAZIONE

L’insegnamento di Chimica Fisica 1 con Laboratorio è centrato sul concetto di energia e accompagna lo studente, tramite modellizzazioni, allo studio dell’equilibrio termodinamico.

Oltre al contenuto disciplinare, il modulo è costruito per implementare le soft skills degli studenti, invitandoli a una continua riflessione, alla discussione in aula, alla peer evaluation e a incrementare la capacità di lavorare in gruppo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento intende fornire conoscenze chimico-fisiche di base utili per interpretare e prevedere il comportamento, in termini termodinamici, di sistemi di interesse chimico, inclusi gli ambienti di reazione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studente è in grado di descrivere i quattro principi della termodinamica, corredandoli di esempi; mostra la capacità di predire, indirizzare e comprendere il comportamento di sistemi chimici, in termini termodinamici, sapendo risolvere esercizi numerici di media difficoltà, riconducibili alle conoscenze della parte teorica

Egli è in grado di svolgere, in gruppo, semplici esperienze laboratoriali, mostrando l’attitudine all’approfondimento; ha la competenza di stilare una relazione in modo collaborativo, sviluppando il proprio senso critico, la capacità di confronto e di valutazione.

PREREQUISITI

Conoscenze di base di Matematica, Fisica e Chimica.

MODALITA' DIDATTICHE

La lezione frontale si suddivide in: a) presentazione dell’argomento con il supporto delle slide preparate dal docente; b) fase di riflessione con domande stimolo per comprendere il grado di apprendimento; c) lavoro in gruppo, per lo svolgimento in modo collaborativo di esercizi. Il tradizionale utilizzo della lavagna viene integrata da modalità di didattica partecipativa quali: cooperative learning, peer-evaluation, mappe concettuali, videoclip, microteaching, etc.

Le esperienze di laboratorio prevedono: un lavoro di gruppo durante lo svolgimento dell’esperienza, un breve approfondimento e una relazione scritta. Al termine del corso, gli studenti, suddivisi in gruppi di interesse, presentano in pubblico un argomento a scelta, coerente con il programma svolto.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Contenuto del corso

Modulo teorico

Generalità e nomenclatura termodinamica 

Le proprietà dei gas

Primo principio della termodinamica e sue applicazioni

Le funzioni di stato e di percorso U e H

Capacità termiche

Esperienze di Joule e di Joule-Thomson

Le applicazioni alle reazioni chimiche

Convenzione termodinamica

Secondo principio della termodinamica e sue applicazioni

Entropia. Le funzioni di stato energia libera ed entalpia libera

I potenziali termodinamici e le loro proprietà

I potenziali chimici e le loro proprietà

Le trasformazioni di fase

I diagrammi di equilibrio

L’equilibrio chimico

Studio degli equilibri tramite i potenziali termodinamici

Le costanti di equilibrio e le loro proprietà

Le relazioni di Van’t Hoff

Principio di Le Châtelier-Braun

La regola delle fasi secondo Gibbs

Terzo principio della termodinamica

Le soluzioni ideali e loro deviazioni.

Le relazioni di Van’t Hoff

Modulo pratico

Esercitazioni in aula

Gli argomenti trattati sono semplici applicazioni di quanto esposto nel modulo teorico.

In particolare, verranno eseguiti:
Esercizi di ripasso sulle proprietà dei gas perfetti e reali.
Applicazioni del 1° principio della termodinamica: esempi di calcolo dell'entalpia; legge di Hess; equazione di Kirchhoff; regola di Trouton; equazione di Clasius-Clapeyron; ciclo di Born-Haber. Applicazioni del 2° principio della termodinamica: calcolo della variazione di entropia di una reazione in diverse condizioni termodinamiche; entropia di miscela; valutazione della spontaneità di una reazione; calcolo dell'energia libera di Gibbs per trasformazioni in diverse condizioni termodinamiche: uso dei potenziali termodinamici. Semplici applicazioni del 3° principio della termodinamica. Applicazione della regola delle fasi allo studio dei diagrammi di stato ad un solo componente. Esercizi sui processi di equilibrio nelle reazioni chimiche omogenee con applicazione dell'equazione di Vant'Hoff. Esempi dell'influenza della temperatura e della pressione sugli equilibri chimici.
Semplici applicazioni del 3° principio della termodinamica.
Applicazione della regola delle fasi allo studio dei diagrammi di stato ad un solo componente. 
Esercizi sui processi di equilibrio nelle reazioni chimiche omogenee con applicazione dell'equazione di Vant'Hoff.
Esempi dell'influenza della temperatura e della pressione sugli equilibri chimici.

Esercitazioni in  Laboratorio
Gli studenti, suddivisi in gruppi, dovranno effettuare le seguenti esperienze di termodinamica:

1. Metodi di misura della temperatura e della pressione.

2. Determinazione del calore di formazione del naftalene

3. Determinazione del calore di vaporizzazione dell'alcool etilico

4. Capacità termica

5. Esperienza multipla

Al termine, ciascun gruppo approfondirà un argomento a scelta, tra quelli trattati durante il corso, che presenterà sotto forma di breve seminario.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

P. Atkins & J. De Paula, Chimica Fisica, Ed. Zanichelli

A. Gambi, esercizi di chimica fisica, Ed. Zanichelli

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MARIA CARNASCIALI (Presidente)

CRISTINA ARTINI

FABIO MICHELE CANEPA

PIETRO MANFRINETTI

MARCELLA PANI

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Lo studente deve superare un esame scritto, basato sulla risoluzione di esercizi di calcolo anche con il supporto grafico, e un esame orale, che consente di spaziare sul programma. La valutazione in itinere di relazioni e attività diverse concorrono alla valutazione finale. Durante il corso, sono previste prove parziali per alleggerire il carico dell’esame scritto finale.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Lo studente riceve: a) una valutazione per la parte laboratoriale che comprende la relazione di gruppo di ogni singola esperienza e l’esposizione dell’argomento a piacere; b) una valutazione sulla parte di esercitazioni con uno scritto in cui è prevista lo svolgimento di almeno 3 esercizi, di cui uno grafico; c) una valutazione sulla parte teorica che prevede l’esposizione di un argomento del programma e lo svolgimento di almeno una dimostrazione, in modo corretto e ben strutturato. La prova di esame orale prevede anche l’esposizione di un’esperienza di laboratorio per valutare la padronanza del linguaggio tecnico.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Sono previste attività facoltativi dedicate ad esercitazioni numeriche e a simulazioni o correzione delle prove di esame, da svolgersi al di fuori delle ore di lezione e in aggiunta ad esse (mediamente 1 o 2 ore a settimana, da concordare con gli studenti).