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CHIMICA FISICA 1 CON LABORATORIO

CODICE 57022
ANNO ACCADEMICO 2020/2021
CFU
  • 11 cfu al 2° anno di 8757 CHIMICA E TECNOLOGIE CHIMICHE (L-27) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE CHIM/02
    LINGUA Italiano
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO Annuale
    PROPEDEUTICITA
    Propedeuticità in uscita
    Questo insegnamento è propedeutico per gli insegnamenti:
    • CHIMICA E TECNOLOGIE CHIMICHE 8757 (coorte 2019/2020)
    • CHIMICA FISICA DELLO STATO SOLIDO 61420
    • CHIMICA FISICA 3 80277
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    PRESENTAZIONE

    L’insegnamento è centrato sul concetto classico di energia e accompagna lo studente, tramite modellizzazioni, allo studio dell’equilibrio termodinamico con un approccio fenomenologico.

    L'impostazione persegue anche l'obiettivo di implementare le soft skills degli studenti, invitandoli a una continua riflessione, alla discussione in aula, alla peer evaluation e a incrementare le loro capacità di lavorare in gruppo, anche avvalendosi della collaborazione di un team builder.

     

    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 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, Mentimeters, Wooclap, Polly, Forms e/o altri finalizzati a prove formative, non certificative e a valutare il gradimento degli alunni.

    Per spiegare le esperienze di laboratorio, oltre ad usare la traccia messa a disposizione su aulaweb, vengono proiettate delle videoriprese registrate in laboratorio, in cui è mostrata la strumentazione che dovrà essere utilizzata. L’attività prevede più fasi: 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 su fogli di carta millimetrata 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, nella modalità del Microteaching.

    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

    Sarà presentata, in forma seminariale, l’importanza delle conoscenze di termodinamica per approfondire lo studio delle dinamiche ambientali

    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; Studio di un diagramma binario.

    Al termine dell'insegnamento, 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. Questa attività prende il nome di "Giornata dei Referenti".

    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)

    MARCELLA PANI

    MAURIZIO FERRETTI (Presidente Supplente)

    CRISTINA ARTINI (Supplente)

    LEZIONI

    INIZIO LEZIONI

    Inizio delle lezioni: 28 settembre 2020 per il I semestre; 1 marzo 2021 per il secondo semestre, con l'orario riportato su http://www.chimica.unige.it/didattica/orari_CTC  e/o su https://corsi.unige.it/8757 

    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 su tutto il programma. Entrambe le prove devono riportare una votazione almeno sufficiente (18/30) e lo studente può accedere all'orale solo dopo aver superato lo scritto e aver consegnato tutte le relazioni sulle esperienze di laboratorio, compresa la relazione e la presentazione in formato pdf dell'argomento approfondito. La correzione delle relazioni e la partecipazione alle 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 almeno 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 almeno un’esperienza di laboratorio, per valutare la padronanza del linguaggio tecnico e la capacità di sintesi, usando la lavagna per la rappresentazione della postazione e l'elaborazione grafica dei dati.

     

    Calendario appelli

    Data Ora Luogo Tipologia Note
    25/01/2021 14:30 GENOVA Scritto
    29/01/2021 10:00 GENOVA Orale
    15/02/2021 14:30 GENOVA Scritto
    19/02/2021 10:00 GENOVA Orale
    22/02/2021 14:30 GENOVA Compitino Potranno accedere al primo compitino solo gli studenti iscritti al secondo anno per l'A.A. 2019-2020
    09/04/2021 10:00 GENOVA Orale
    15/06/2021 14:30 GENOVA Scritto In questo spazio si iscrivono solo coloro che vogliono fare il compito totale
    15/06/2021 14:30 GENOVA Compitino In questo spazio si iscrivono solo gli studenti del secondo anno che desiderano fare il secondo compitino
    06/07/2021 10:00 GENOVA Orale
    14/07/2021 14:30 GENOVA Scritto
    14/07/2021 14:30 GENOVA Compitino La dichiarazione di quale compito sostenere dovrà essere effettuata su aulaweb al più presto, al massimo entro il 10 luglio.
    23/07/2021 10:00 GENOVA Orale
    05/08/2021 10:00 GENOVA Orale Nel caso di imprevisti, la data potrà essere posticipata fino a 3 giorni feriali successivi. La prova sarà in presenza sia il 5, sia il 6. Oltre, sarà online.
    06/09/2021 10:00 GENOVA Orale
    10/09/2021 14:30 GENOVA Scritto
    17/09/2021 10:00 GENOVA Orale
    24/01/2022 14:30 GENOVA Scritto Questo appello è riservato agli studenti che hanno frequentato l'insegnamento negli anni accademici 2020/21 e precedenti.
    01/02/2022 10:00 GENOVA Orale Questo appello è riservato agli studenti che hanno frequentato l'insegnamento negli anni accademici 2020/21 e precedenti.
    14/02/2022 14:30 GENOVA Scritto Questo appello è riservato agli studenti che hanno frequentato l'insegnamento negli anni accademici 2020/21 e precedenti.
    22/02/2022 10:00 GENOVA Orale Questo appello è riservato agli studenti che hanno frequentato l'insegnamento negli anni accademici 2020/21 e precedenti.

    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, da concordare con gli studenti, utilizzando anche il supporto di Aulaweb. In particolare, a fine corso saranno dedicate delle ore per la simulazione della prova scritta e dell'interrogazione orale alla lavagna.

    Vista l’esperienza acquisita sulla piattaforma TEAMS, se ne prevede l’utilizzo anche in assenza di emergenza sanitaria, sia per effettuare videolezioni in caso di allerta rossa, sia per fornire una forma di tutorato alternativa a quegli studenti che abbiano difficoltà a seguire in presenza (vedi studente lavoratore, residente fuori Genova o che presenti qualunque altro tipo di difficoltà a restare fuori orario).

    Al contrario, nel caso si dovesse procedere con la didattica a distanza, tutte le attività verranno rimodulate sulla base del lavoro già svolto nel secondo semestre dell'anno accademico precedente.