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.

L’insegnamento si concentra sul concetto classico di energia e accompagna lo studente, attraverso la modellizzazione, allo studio dell’equilibrio termodinamico con un approccio fenomenologico.

“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 classica applicata ai sistemi chimici. Sviluppo del giudizio critico e della capacità di apprendimento con particolare riferimento alla comprensione del concetto di energia e di potenziale chimico associato alle reazioni chimiche. Sviluppo della capacità di determinare grandezze e funzioni termodinamiche associate a trasformazioni di fase e reazioni chimiche mediante l’impiego di strumentazione adeguata. Sviluppo del senso critico attraverso la pratica laboratoriale applicata a esperienze di termodinamica classica.

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 dell’insegnamento, 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 l'aiuto 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;  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.

Alla fine dell’anno di insegnamento, ogni gruppo sceglierà un argomento tra quelli trattati, e lo presenterà in forma di breve seminario.

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

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Lunedì 30 settembre 2024 secondo l'orario riportato qui 

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova scritta, basata sulla risoluzione di esercizi di calcolo eventualmente 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 pari a 16/30  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 presentazione in formato pdf dell'argomento approfondito. La correzione delle relazioni e la partecipazione alle attività diverse concorrono alla valutazione finale. Durante l'insegnamento, possono essere previste prove parziali per alleggerire il carico dell’esame scritto finale

Per gli studenti con disabilità o con DSA si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

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.

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.

ALTRE INFORMAZIONI

Le lezioni si tengono in presenza e non sono previste modalità telematiche alternative.

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: CHIMICA E TECNOLOGIE CHIMICHE 8757 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe.

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici