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 classica, 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. Mostra anche la capacità di schematizzare il processo e di saperlo rappresentare in modo grafico.

PREREQUISITI

Conoscenze di base di Matematica, Fisica Generale e Chimica Generale.

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. e con l'utilizzo di software tipo Kahoot!, Socrative e/o altri finalizzati a prove formative, non certificative.

Le esperienze di laboratorio prevedono: un lavoro di gruppo durante lo svolgimento dell’esperienza, un breve approfondimento e una relazione scritta in modo collaborativo, dove vengono riportati anche dei disegni schematici della strumentazione utilizzata e l'elaborazione grafica  dei dati ottenuti. 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

Principio zeeresimo della termodinamica

Primo principio della termodinamica e sue applicazioni: le funzioni di stato e di percorso

Convenzione termodinamica 

U, H e Capacità termiche

Esperienze di Joule e di Joule-Thomson e loro applicazioni a sistemi chimici

Secondo principio della termodinamica e sue applicazioni: l'Entropia dal punto di vista classico e cenni sul concetto statistico 

Le funzioni di stato Energia libera ed Entalpia libera e le loro proprietà

Il potenziale chimico e le sue proprietà

Le trasformazioni di fase

I diagrammi di equilibrio

La regola delle fasi secondo Gibbs

Il principio di Le Châtelier-Braun

Le soluzioni ideali e loro deviazioni

L’equilibrio chimico: studio tramite i potenziali termodinamici

Le costanti di equilibrio e le loro proprietà

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, omogenei ed eterogenei.

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

1. Metodi di misura della temperatura

2. Metodi di misura della pressione

3. Determinazione del calore di formazione del naftalene

4. Determinazione del calore di vaporizzazione dell'alcool etilico

5. Esperienza Multipla. Gli studenti sceglieranno una tra le seguenti esperienze: Temperatura  di consoluto del sistema acqua - fenolo; Entalpia di neutralizzazione di una base forte con un acido forte e uno debole; Determinazione della massa molare dell'urea tramite crioscopia; Determinazione della massa molare dell'urea tramite abbassamento della tensione di vapore.

Al termine gli studenti, suddivisi in gruppi di interesse, approfondiranno un argomento di loro gradimento, scelto tra quelli trattati durante il corso, che presenteranno sotto forma di breve seminario.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

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

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