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

La partecipazione alle attività formative proposte nel presente modulo permetterà allo studente di:

-conoscere i Principi della Termodinamica e le implicazioni relative allo studio di sistemi chimici;

-riconoscere e descrivere le principali tecniche di caratterizzazione chimico-fisica, prediligendo le analisi termiche per lo studio delle trasformazioni di fase o delle reazioni chimiche;

-proporre delle analisi sperimentali per studiare sistemi incogniti;

-descrivere il concetto di equilibrio chimico e sua variazione in funzione delle condizioni al contorno;

-esaminare la variazione del potenziale chimico e di altre grandezze termodinamiche in funzione della variazione delle grandezze intensive;

-definire l’equazione cinetica e attribuire il corretto ordine di reazione per ogni reagente coinvolto in una data reazione chimica;

-analizzare l’effetto dei catalizzatori, sia omogenei che eterogenei, sulla velocità di una reazione;

-descrivere dal punto di vista termodinamico (energia libera di Gibbs) l’effetto di un catalizzatore.

In base agli obiettivi descritti, l’insegnamento contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell’Agenda ONU 2030: Obiettivo 4. Istruzione di Qualità, Obiettivo 7. Energia Pulita e Accessibile

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali, per un totale di 24 ore (3 CFU), 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 e con svolgimento di esercizi da parte degli studenti, per valutarne il grado di apprendimento.

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.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma dell'insegnamento prevede di affrontare e discutere i 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). Impiego di catalizzatori e fotocatalizzatore in fase (omogenei) o in fasi diverse (eterogenei); studio del profilo energetico di reagenti e prodotti di una reazione in presenza/assenza di catalizzatori.

Verranno eseguite delle esercitazioni in aula durante le lezioni frontali per favorire l’apprendimento dei contenuti erogati nel programma e, in particolare, verranno eseguiti: Esercizi di ripasso sulle proprietà dei gas perfetti e reali; Applicazioni del primo 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 secondo 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 dal docente. Gli studenti potranno inoltre avvalersi di approfondimenti sui testi di riferimento:

P. W. Atkins e J. De Paula – CHIMICA FISICA – Zanichelli (varie edizioni)

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

A. Gambi - ESERCIZI DI CHIMICA FISICA - Zanichelli

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

L’insegnamento si tiene nel 5° bimestre dell’anno accademico secondo l’orario indicato all’indirizzo sotto riportato.

https://easyacademy.unige.it/portalestudenti/

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

Per ogni maggior dettaglio si rimanda alla pagina di AulaWeb del corso di studi (https://aulaweb.unige.it). Rivolgersi al docente per ulteriori informazioni non comprese nella scheda di insegnamento.