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, e i relativi stumenti matematici necessari 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.
Risultano indispensabili le conoscenze acquisite nei corsi di Istituzioni di Matematica, Fisica Generale, Chimica Generale ed inorganica.
Lezioni teoriche frontali (48 ore), corredate di esempi e esercizi svolti in aula con il contributo della classe. 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. Richiami sui 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). Approssimazione dello stato stazionario. 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.
R. Chang (2005) - Physical Chemistry for the Biosciences. University Science Books, California.
Ricevimento: Sempre, su appuntamento.
MARCELLA PANI (Presidente)
SAWSSEN SLIMANI (Presidente)
CRISTINA ARTINI
Pierfrancesco MALTONI
MASSIMO DOMENICO OTTONELLI
DAVIDE PEDDIS
Ottobre 2025.
L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy
La prova d’esame consiste in:
Esame orale, che verterà sia sugli argomenti trattati a lezionei. 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 gli strumenti matematici utilizzati durante le lezioni.
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.
