PRESENTAZIONE

Lo studio dei sistemi in cui avvengono trasformazioni chimiche e fisiche non può prescindere da considerazioni termodinamiche e cinetiche, che approfondiscono matematicamente gli scambi di energia, materia e la velocità con cui questi scambi avvengono. L’insegnamento si propone di fornire agli studenti gli elementi fondamentali della termodinamica classica, come il concetto di energia associato alle trasformazioni chimico-fisiche e la determinazione di grandezze e funzioni termodinamiche associate alle reazioni; così come i concetti relativi alla velocità di reazione, sia in fase gas che in soluzione, all’ordine di reazione e alla funzione dei catalizzatori.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Lo studente acquisirà 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. Saranno inoltre presentati gli aspetti fondamentali della cinetica delle reazioni in fase gas e in soluzione, e della catalisi omogenea ed eterogenea.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento si propone di fornire agli studenti 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, in funzione di esso e del suo avanzamento. Saranno inoltre presentati gli aspetti fondamentali della cinetica delle reazioni, sia per sistemi in fase gas sia per soluzioni acquose, per sviluppare la capacità di definire l’ordine della reazione e determinare l’equazione cinetica; verrà approfondito anche l’andamento delle reazioni chimiche in presenza di catalizzatori, sia omogenei che eterogenei.

PREREQUISITI

Nessuno ufficiale, ma è consigliato il superamento degli esami di Elementi di Chimica e di Elementi di Scienza dei Materiali.

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.

Gli studenti che abbiano in corso di validità certificazione di disabilità fisica o di apprendimento in archivio presso l'Università e che desiderino discutere eventuali sistemazioni o altre circostanze relative a lezioni, corsi ed esami, dovranno parlare sia con il docente che con il Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), referente per la disabilità della Scuola Politecnica.

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; 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; Elementi di cinetica chimica: concetti di velocità e ordine di reazione, molecolarità e maccanismo delle reazioni; Reazioni in serie. Reazioni in parallelo. Reazioni reversibili; Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura (equazione di Arrhenius).

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;  Esempi dell'influenza della temperatura e della pressione sugli equilibri chimici.

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:

M. Compiani, C. La Rosa, P. Sassi – CHIMICA FISICA – UTET (2023)

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)

STEFANO ALBERTI

MAILA CASTELLANO

MARINA ALLOISIO (Presidente Supplente)

FEDERICO LOCARDI (Presidente Supplente)

SILVIA VICINI (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/11429/studenti-orario

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; il tempo a disposizione per la prova è di 120 minuti. Numero e distribuzione degli appelli ufficiali nel corso dell’anno accademico sono fissati in base alle direttive stabilite dal Manifesto degli Studi e dal Regolamento del Corso di Studio. La prova scritta si compone di 10 domande a risposta aperta, per ciascuna delle quali viene attribuito un punteggio non superiore ai 3 punti.

Gli studenti che abbiano in corso di validità certificazione di disabilità fisica o di apprendimento in archivio presso l'Università e che desiderino discutere eventuali sistemazioni o altre circostanze relative a lezioni, corsi ed esami, dovranno parlare sia con il docente che con il Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), referente dedicato per la Scuola Politecnica.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La prova scritta ha lo scopo di verificare l’effettivo conseguimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento nel dettaglio, che corrispondono ai risultati di apprendimento attesi per gli studenti elencati nella sezione dedicata. La prova scritta per come viene strutturata è dedicata alla verifica del raggiungimento di un livello adeguato delle conoscenze di base del programma e della comprensione degli argomenti trattati. Per lo studente sarà anche possibile verificare autonomamente il proprio grado di preparazione grazie alla partecipazione attiva alle lezioni e alle esercitazioni. Ulteriori dettagli sulle modalità di preparazione dell’esame verranno forniti nel corso di svolgimento dell’insegnamento.

ALTRE INFORMAZIONI

Gli studenti che abbiano in corso di validità certificazione di disabilità fisica o di apprendimento in archivio presso l'Università e che desiderino discutere eventuali sistemazioni o altre circostanze relative a lezioni, corsi ed esami, dovranno parlare sia con il docente che con il Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), referente per la disabilità della Scuola Politecnica.

Per ogni maggior dettaglio si rimanda alla pagina di AulaWeb del corso di studi (https://aulaweb.unige.it).