PRESENTAZIONE

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.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

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.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

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.

PREREQUISITI

Risultano indispensabili le conoscenze acquisite nei corsi di Istituzioni di Matematica, Fisica Generale, Chimica Generale ed inorganica. 

MODALITA' DIDATTICHE

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.

PROGRAMMA/CONTENUTO

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.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

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.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Ottobre 2024.

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

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.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

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.