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

Conoscenza e comprensione dei concetti e degli elementi fondamentali della termodinamica applicata ai sistemi chimici. Sviluppo del giudizio critico e della capacità di apprendimento con particolare riferimento alla comprensione del concetto di energia associato alle reazioni chimiche. Sviluppo della capacità di determinare grandezze termodinamiche associate alle trasformazioni di fase e alle reazioni chimiche mediante impiego di strumentazione adeguata.

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, per un totale di 60 ore, e di una parte di laboratorio pratico di 20 ore. La frequenza a lezioni e laboratorio è obbligatoria, come da Regolamento didattico. Il laboratorio sarà tenuto dai docenti dell’insegnamento, coadiuvati da tutor di laboratorio. 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. Nella parte pratica, gli studenti, suddivisi in gruppi di due o tre e con il supporto dei docenti e dei tutor, dovranno applicare il protocollo sperimentale fornito e le metodiche descritte. Al termine di ogni attività, gli studenti dovranno presentare una breve relazione con i risultati ottenuti dall’attività sperimentale.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del corso prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti: Lavoro, calore ed energia; il Primo Principio della Termodinamica; 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 i concetti di entropia statistica ed entropia assoluta; 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; elementi base di cristallografia.

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 e della temperatura di consoluto; Determinazione della capacità termica di un metallo; 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 sul testo di riferimento: P. W. Atkins e J. De Paula – CHIMICA FISICA – Zanichelli (varie edizioni)

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MAURIZIO FERRETTI (Presidente)

MARCELLA PANI

FEDERICO LOCARDI (Presidente Supplente)

CRISTINA ARTINI (Supplente)

MASSIMO OTTONELLI (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Inizio delle lezioni: I semestre 27 settembre 2021,  II semestre 28 febbraio 2022 

Informazioni più precise sull'inizio effettivo delle lezioni e sulle modalità verranno fornite su Aulaweb in base all'orario e alle condizioni di sicurezza sanitaria in vigore al momento

Orari delle lezioni

CHIMICA FISICA 1 CON LABORATORIO

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova orale in cui si procede alla verifica della padronanza e comprensione degli argomenti del corso. Lo studente accede all'orale dopo aver consegnato le relazioni delle prove di laboratorio, redatte collegialmente dai componenti del gruppo, e aver svolto un breve seminario in aula su un argomento a scelta fra i temi delle attività pratiche svolte.

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 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.