PRESENTAZIONE

La Chimica Fisica è la branca della chimica che ne definisce e sviluppa i principi utilizzando i sottostanti concetti di fisica e il linguaggio della matematica. Studia gli elementi fondamentali della termodinamica applicata ai sistemi chimici, il concetto di energia associato alle reazioni chimiche, e consente di determinare grandezze termodinamiche associate alle trasformazioni di fase e alle reazioni chimiche mediante impiego di strumentazione adeguata.

“Insegnare i dettagli significa portare confusione, stabilire le relazioni tra le cose significa portare conoscenza” Maria Montessori

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

Scopo dell’insegnamento della Chimica Fisica è quello di fornire i concetti fondamentali della termodinamica applicata ai sistemi chimici quali il calore e l’energia associati alle trasformazioni di fase e alle reazioni chimiche. Il concetto di equilibrio chimico viene considerato in funzione delle variabili ambientali (tipicamente pressione e temperatura) per cui lo studente sarà in grado di valutare le condizioni energeticamente più favorevoli per predire come far avanzare (o retrocedere quando opportuno) una reazione. Lo studente acquisirà la capacità di risolvere problemi sui contenuti del corso, individuando i parametri chimici e fisici di riferimento ed elaborando un’adeguata schematizzazione del processo considerato.

Le attività di laboratorio consentiranno allo studente di acquisire la capacità di utilizzare correttamente strumentazione di laboratorio (nel rispetto delle norme di sicurezza vigenti) ed elaborare risultati sperimentali stimando correttamente gli errori di misura tipici.

PREREQUISITI

Per affrontare efficacemente i contenuti dell’insegnamento, svolgere correttamente gli esercizi proposti in aula e le esercitazioni di laboratorio, sono necessarie allo studente le seguenti conoscenze di base: Funzioni reali di una o due variabili reali, con il calcolo differenziale ed integrale; Introduzione al concetto di misura, errore di una misura e propagazione degli errori; Il concetto di interpolazione ed estrapolazione di una funzione; La struttura atomica della materia, elementi e sistema periodico, legame chimico, nomenclatura chimica; Gli stati di aggregazione della materia e loro caratteristiche.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali in cui, alla presentazione dell’argomento da parte del docente con il supporto di slide o altri supporti, segue una fase di riflessione con domande stimolo per comprendere il grado di apprendimento, e lo svolgimento di esercizi con la partecipazione degli studenti

Il laboratorio sarà tenuto dai docenti dell’insegnamento, coadiuvati da tutor di laboratorio. La frequenza al laboratorio è obbligatoria, come da Regolamento didattico

All’inizio di ogni attività di laboratorio è prevista una breve introduzione teorica con lo scopo di fornire i principi di base su cui si fondano le metodologie strumentali che verranno utilizzate. Oltre ad usare la traccia messa a disposizione su aulaweb, verranno 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 o foto della strumentazione utilizzata e l'elaborazione grafica dei dati ottenuti. Al termine dell'insegnamento, 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

Il programma dell'insegnamento prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti: Generalità e nomenclatura termodinamica; Le proprietà dei gas; i Concetti di Lavoro, Calore ed Energia; il Concetto di Capacità Termica; il Primo Principio della Termodinamica e sua applicazione alla Termochimica; il ciclo di Born-Haber; il Secondo Principio della Termodinamica; il Calcolo dell’Energia Libera di Gibbs, l’Equazione di Gibbs-Helmoltz, l’Equazione di Vant’Hoff, il Potenziale chimico; il Terzo Principio della Termodinamica e il concetto di Entropia da un punto di vista della Termodinamica Statistica; le Trasformazioni di fase delle sostanze pure e l’Equazione di Clausius-Clapeyron; gli Equilibri di fase e la Regola delle fasi di Gibbs; la Termodinamica delle Miscele, le Soluzioni Ideali e le Soluzioni Reali, le Proprietà Colligative; gli Elementi base di cristallografia.

Le esercitazioni in aula saranno semplici applicazioni di quanto trattato nella parte teorica e, 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, applicazione della legge di Hess e dell’equazione di Kirchhoff, applicazione dell’equazione di Clasius-Clapeyron; 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; Esercizi sui processi di equilibrio nelle reazioni chimiche omogenee con applicazione dell'equazione di Vant'Hoff; Uso dei potenziali termodinamici; Semplici applicazioni del 3° principio della termodinamica; Applicazione della regola delle fasi allo studio dei diagrammi di stato; Esempi dell'influenza della temperatura e della pressione sugli equilibri chimici.

Le attività di laboratorio verteranno su: Metodi di misura della temperatura e della pressione; Determinazione del calore di combustione di una sostanza; Determinazione del calore di vaporizzazione di un liquido; Determinazione del calore di neutralizzazione; Determinazione delle trasformazioni di fase in una lega binaria; Determinazione della temperatura di consoluto; Determinazione della capacità termica di un metallo; Determinazione della massa molare dell'urea tramite crioscopia; Determinazione della massa molare dell'urea tramite abbassamento della tensione di vapore; Riconoscimento di una semplice struttura cristallina di una lega metallica.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale bibliografico per la preparazione dell'esame è costituito dalle dispense delle lezioni fornite dai docenti.

Gli studenti potranno inoltre avvalersi di approfondimenti sui testi di riferimento:

P. W. Atkins e J. De Paula – CHIMICA FISICA – Zanichelli (varie edizioni)

A. Gambi - ESERCIZI DI CHIMICA FISICA - Zanichelli

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MAURIZIO FERRETTI (Presidente)

CRISTINA ARTINI

MARIA CARNASCIALI (Presidente Supplente)

DAVIDE PEDDIS (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

vedi  https://chimica.unige.it/didattica/orari_CTC   

Orari delle lezioni

CHIMICA FISICA 1 CON LABORATORIO

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova scritta, basata sulla risoluzione di esercizi di calcolo anche con il supporto grafico, e un esame orale, in cui si procede alla verifica della padronanza e comprensione degli argomenti su tutto il programma del corso. 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, possono essere previste prove parziali per alleggerire il carico dell’esame scritto finale

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'accertamento della comprensione degli argomenti svolti e della preparazione dello studente per il superamento dell'esame avviene attraverso la partecipazione dello studente alle esercitazioni numeriche svolte in aula, la partecipazione attiva ed autonoma alle esercitazioni di laboratorio, la redazione delle relazioni alle esercitazioni di laboratorio, una prova orale svolta in parte in forma seminariale su un argomento proposto dal docente e in parte in forma tradizionale su domande specifiche relative al programma della parte teorica.

L’esame scritto consiste nello svolgimento di almeno 3 esercizi di cui uno grafico

L’esame orale verterà principalmente sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di valutare non soltanto se lo studente ha raggiunto un livello adeguato di conoscenze, ma se ha acquisito la capacità di analizzare criticamente un problema di termodinamica come quelli che sono stati proposti nel corso delle lezioni frontali.

Le relazioni di laboratorio vengono valutate per verificare l’effettiva acquisizione delle competenze pratiche e della capacità di elaborare criticamente i risultati ottenuti. Il seminario di approfondimento consente di verificare l’autonomia del singolo studente nello svolgimento di un tema a sua scelta, la capacità di organizzare e presentare in pubblico un argomento, la capacità di collegare e integrare le conoscenze apprese nel corso delle attività di laboratorio con quelle fornite durante le lezioni frontali

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

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.