Obiettivi Formativi

Conoscere i principi che determinano la reattività dei sistemi chimici e la velocità di reazione. Conoscere i principali meccanismi di reazione e le teorie degli urti e del complesso attivato. Lo studente acquisirà conoscenze relative alla verifica sperimentale della relazione tra proprietà molecolari ed il comportamento macroscopico della materia ed ai parametri sperimentali che governano la reattività di un sistema chimico e le velocità di reazione. Obiettivo ulteriore del corso è fornire le basi della teoria degli errori.

Learning Goals

The course aims to provide the knowledge of: i) the principles that determine the reactivity of chemical systems and the reaction rates; ii) the principal reaction mechanisms; iii) the collision theory; iv) the activated complex theory. The student will acquire knowledge about the connection between molecular properties and macroscopic behavior of matter and on the experimental parameters that govern the reactivity of chemical systems and the reaction rates. Further objectives of the course are to provide knowledge on the theory of errors to evaluate the results obtained.

Metodi didattici

Lezioni frontali, esercitazioni numeriche ed esercitazioni sperimentali in laboratorio. Sono previste, inoltre, esercitazioni in itinere finalizzate a verifiche facoltative. Per il modulo di laboratorio la frequenza alle lezioni è obbligatoria, sono consentite assenze per non più del 30% delle ore di didattica complessiva. La frequenza verrà accertata tramite appUniMe e/o foglio firme.

Teaching Methods

The course is based on lectures and experiments in laboratory. In itinere exercises aimed at facultative verifications are also foreseen. For the laboratory module, class attendance is mandatory; absences are allowed for no more than 30 percent of the total teaching hours. Attendance will be ascertained by appUniMe and/or signature form.

Prerequisiti

I concetti fondamentali di calcolo differenziale e integrale; i concetti di base di meccanica, forza, lavoro, energia, unità di misura SI e quelli di chimica generale e calcolo stechiometrico. Oltre alla frequenza delle lezioni del corso di “Chimica Fisica I” e quella contemporanea o precedente di Chimica Fisica II” è necessario che lo studente abbia dimestichezza con i contenuti base di Chimica, Matematica e Fisica.

Prerequisites

The students should feel confident in using basic mathematical subjects as application of differentiation and integration; in using the fundamentals of physics and general chemistry and stoichiometric calculation. In addition to participation in the lessons of Physical Chemistry I course, and the the concurrent or previous participation in the lessons of the " Physical Chemistry II” course, the basic contents of Chemistry, Mathematics and Physics are required.

Verifiche dell'apprendimento

Esame complessivo finale costituito da una prova scritta ed una orale. L’esame finale, che verterà su almeno tre argomenti, verificherà il raggiungimento delle conoscenze e la padronanza dei concetti acquisiti.

Assessment

The final class grade is based on a written test and an oral examination. The exam deals at least with three topics.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 7266/1 - CHIMICA FISICA II ------------------------------------------------------------ CINETICA CHIMICA: • Studio della velocità di reazione; • Equazioni cinetiche.; • Ordine di reazione; • Determinazione dell'ordine di reazione; • Reazioni elementari e molecolarità; • Equazione di Arrhenius; • Meccanismi di reazione; • Teoria degli urti; • Teoria del complesso attivato. Programma esteso CINETICA CHIMICA: Velocità di reazione. Equazione cinetica. Ordine di reazione. Determinazione dell'ordine di reazione. Reazioni di primo ordine, di secondo ordine, di ordine zero e di ordine superiore. Reazioni elementari e molecolarità. Equazione di Arrhenius. Effetto della pressione. Reazioni consecutive. Approssimazione dello stato stazionario. Meccanismo di pre-equilibrio. Energia di attivazione apparente. Reazioni monomolecolari. Meccanismo di Michaelis-Menten. Teoria degli urti. Teoria del complesso attivato. Entalpia ed entropia di attivazione. ------------------------------------------------------------ Modulo: 7266/2 - LABORATORIO DI CHIMICA FISICA ------------------------------------------------------------ Introduzione: Norme di sicurezza in laboratorio. Elementi di Teoria degli errori applicata alle esperienze di laboratorio: regressione lineare e propagazione dell’errore. Esperienze di laboratorio: Calorimetria. Principi, strumentazione e determinazione sperimentale del potere calorifico di un campione incognito. Determinazione della tensione superficiale. Introduzione e principi delle forze superficiali inter-fase con il Metodo dello stalagmometro. Determinazione della tensione superficiale con metodi diretti ed indiretti. Determinazione dell'energia di attivazione di una reazione. Cenni di cinetica chimica e verifica della legge di Arrhenius. Principi di polarimetria. Determinazione polarimetrica della costante di reazione in sistemi otticamente attivi. Determinazione spettrofotometrica della costante cinetica di una reazione di primo ordine. Principi e funzionamento di uno spettrofotometro, Velocità di diffusione, Viscosità, PM medio di un polimero- Attinometria – Spettrofluorimetria: Principi, funzionamento di uno spettrofluorimetro e sue applicazioni. Processi bimolecolari e determinazione della costante di Stern Volmer.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 7266/1 - CHIMICA FISICA II ------------------------------------------------------------ CHEMICAL KINETICS: • Study of Reaction rate; • Kinetic equations; • Reaction order. Determination of the reaction order; • Elemental reactions; • Arrhenius equation; • Examples of reaction; mechanisms. Apparent activation energy; • Collisions theory; • Theory of activated complex. DETAILED PROGRAM CHEMICAL KINETICS: Reaction rate. Kinetic equation. Reaction order. Determination of the reaction order. Reactions of first order, second order, zero-order and higher order. Elemental and molecular reactions. Effect of temperature on reaction rate: Arrhenius equation. Effect of pressure. Consecutive reactions. Steady-state approximation. Pre-equilibrium mechanism. Apparent activation energy. Monomolecular reactions. Michaelis-Menten mechanism. Collisions theory for the rate constant. Theory of activated complex. Enthalpy and entropy of activation. ------------------------------------------------------------ Modulo: 7266/2 - LABORATORIO DI CHIMICA FISICA ------------------------------------------------------------ Introduction: Safety in the laboratory. Elements of Error theory: error propagation and lienar regression. Experimental: Calorimetry. Calorific power of fuel. Berthelot-Mahler bomb calorimeter. Determination of surface tension: torsion balance, stalagmometer and jurin method. Reaction activation energy determination (Arrhenius). Viscosity- PM of polymers - diffusion rate. Polarimetry in carbohydrate chemistry, especially in the analysis of sugar inversion reaction. Spectrophotometric determination of kinetic constant for a first order reaction; Actinometry; Spectrofluorimetry principles and bimolecular quenching.