Il Corso di Chimica Fisica, focalizzato sulla studio della termodinamica e della cinetica chimica, consente allo studente di Biotecnologie di completare le conoscenze chimico fisiche di base necessarie allo studio e alla modellizzazione di sistemi chimici e biochimici complessi.
Acquisire il rigore metodologico e il formalismo matematico per interpretare e descrivere i fenomeni fondamentali che stanno alla base dei sistemi chimici. Particolare attenzione sarà rivolta alla descrizione e comprensione del profilo energetico di sistemi chimici e dei fenomeni chimico-fisici in funzione del tempo.
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti i concetti di base della termodinamica classica e della cinetica chimica, utilizzando un approccio metodologico generale per l'analisi e l'interpretazione dei fenomeni chimici e fisici.
Al termine dell'insegnamento ci si aspetta che gli studenti conoscano il significato delle diverse funzioni termodinamiche (U, H, S, G) e sappiano collegarlo alle equazioni termodinamiche fondamentali incontrate a lezione. Gli studenti dovrebbero saper spiegare il significato di tali equazioni, anche facendo uso di rappresentazioni grafiche e diagrammi. Inoltre, ci si aspetta che gli studenti conoscano le definizioni di base della cinetica chimica, che sappiano analizzare e interpretare una legge cinetica, anche facendo uso di esempi specifici, e siano in grado di applicare tali conoscenze per comprendere i meccanismi della catalisi enzimatica.
La preparazione di una breve presentazione su un argomento del programma con riferimento ai fenomeni chimico-biologici costituirà un momento di verifica del saper applicare/collegare i concetti chimico-fisici al mondo biologico.
Risultano indispensabili le conoscenze acquisite nei corsi di Istituzioni di Matematica, Fisica Generale, Chimica Generale ed inorganica.
Lezioni teoriche frontali (48 ore). La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata.
Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi, sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola/Dipartimento all’inizio delle lezioni per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.
TERMODINAMICA
Definizione di sistema termodinamico. Gas perfetti e gas reali. Principio zero della termodinamica. Primo principio della termodinamica: calore, lavoro. Funzioni di stato: definizone di energia interna e di entalpia. Fasi e stati di aggregazione. Entalpia di reazione. Legge di Hess, legge di Kirhhoff. Secondo principio della termodinamica. Definizione di entropia (S) secondo la termodinamica classica e secondo la termodinamica statistica. Energia libera di Gibbs e di Helmoltz. Dipendenza di G da temperatura e pressione. Diagrammi di stato a 1 componente: la regola delle fasi. Equazione di Clausius-Clapeyron. Soluzioni ideali e reali: grandezze parziali molari; legge di Raoult; legge di Henry; funzioni di eccesso; attività. Proprietà colligative. Soluzioni elettrolitiche: attività degli ioni e legge di Debye-Hueckel; salting in e salting out. Legge di Kohlrausch e legge di migrazione indipendente degli ioni. Mobilità ionica. Equilibrio chimico: energia di Gibbs di una reazione; dipendenza del delta G di reazione dalla composizione: quoziente di reazione e costante di equilibrio. Applicaizoni di G a sistemi chimici complessi.
CINETICA CHIMICA E CATALISI
Concetti di velocità e ordine di reazione. Molecolarità e maccanismo delle reazioni, tempo di dimezzamento. Reazioni in serie. Reazioni in parallelo. Reazioni reversibili. Analisi cinetica dei dati sperimentali e determinazione della legge cinetica: metodi integrali e metodi differenziali. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura (equazione di Arrhenius). Cinetica ed equilibrio. Condizioni di pre-equilibrio. Approssimazione dello stato stazionario. Controllo cinetico e termodinamico delle reazioni. Meccanismo di Lindemann-Hinshelwood. Reazioni in soluzione, reazioni controllate dalla diffusione. Effetto isotopico. Teoria delle reazioni chimiche (teoria delle collisioni e teoria dello stato di transizione). Catalisi e catalizzatori. Catalisi omogenea ed eterogenea. Catalisi enzimatica. Cinetica di Michaelis-Menten.
Oltre al materiale delle lezioni, a disposizione su Aulaweb, sono consigliati i seguenti testi:
P. Atkins, J. de Paola (2012) - Chimica Fisica. V ed. Zanichelli, Bologna.
Laidler-Meiser (1999) - Chimica Fisica. Editoriale Grasso, Bologna.
E.L.Cussler (1997) - Diffusion. Cambridge University Press, USA.
R. Chang (2005) - Physical Chemistry for the Biosciences. University Science Books, California.
Ricevimento: Non ci sono orari di ricevimento fissi, ma gli studenti sono autorizzati a contattare il docente e prendere appuntamento per qualunque problema/informazione riguardante l'insegnamento
MARCELLA PANI (Presidente)
SAWSSEN SLIMANI (Presidente)
CRISTINA ARTINI
Pierfrancesco MALTONI
MASSIMO DOMENICO OTTONELLI
DAVIDE PEDDIS
Ottobre 2024.
PHYSICAL CHEMISTRY
La prova d’esame consiste in:
- Esame orale, che verterà sia su aspetti teorici del corso sia sulla risoluzione di semplici esercizi. Gli studenti devono dimostrare di conoscere le leggi termodinamiche e cinetiche presentate a lezione, di aver compreso il significato dei concetti chimico fisici fondamentali e dimostrare buona familiarità con le derivazioni analitico-matematiche discusse durante le lezioni.
- Preparazione di una breve presentazione ppt su un argomento attinente il programma del corso, concordato preventivamente con il docente.
L'esame orale è condotto da due docenti di ruolo e ha una durata minima di 45 minuti.
Oltre alla capacità dello studente di inquadrare/presentare un argomento in un contesto generale, viene valutata la sua capacità di ragionamento e la sua abilità nel rispondere a quesiti specifici. Il superamento dell’esame presuppone l’effettiva acquisizione dei concetti teorici; in particolare, lo studente deve dimostrare di aver compreso correttamente il significato di certe leggi fisiche e/o chimico-fisiche e di saper dare la giusta interpretazione del motivo per cui certi fenomeni avvengono. Nella valutazione si tiene conto della capacità dello studente di utilizzare una terminologia tecnico-scientifico appropriata unita alla coerenza di esposizione dei concetti.
La preparazione di una piccola presentazione su un argomento a scelta ha come obiettivo quello di valutare le capacita di sintesi e di razionalizzazione dei concetti da parte degli studenti.
