Obiettivi Formativi

Il corso fornirà le conoscenze: i) per comprendere e discutere la struttura e le proprietà della materia e le trasformazioni fisiche e chimiche che riguardano atomi e molecole e i loro stati di aggregazione utilizzando mezzi matematici adeguati; ii) dei principi fondamentali della quantomeccanica e la loro correlazione con le proprietà di atomi e molecole al fine di comprendere le loro proprietà spettroscopiche; iii) delle leggi della termodinamica e i fondamenti della cinetica applicate anche ai processi di accumulo e degradazione di inquinanti ambientali. Il corso si propone di fornire allo studente la conoscenza dei metodi della chimica fisica sperimentale e la capacità di applicare in laboratorio alcuni principi di termodinamica e cinetica. In particolare, lo studente acquisirà conoscenze relative alla progettazione di esperienze atte a determinare proprietà chimico-fisiche tramite misure sperimentali e comprendere i principi di funzionamento di alcune apparecchiature scientifiche. Obiettivo ulteriore del corso è fornire le conoscenze di base della teoria degli errori per valutare criticamente i risultati ottenuti.

Metodi didattici

Il corso si basa su lezioni teoriche, esercitazioni numeriche ed esercitazioni sperimentali in laboratorio. Sono previste, inoltre, esercitazioni in itinere finalizzate a verifiche facoltative. Sono consentite assenze per non più del 30% delle ore di didattica complessiva.

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. 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.

Verifiche dell'apprendimento

Esame complessivo finale costituito da una prova orale. L’esame verterà su almeno tre argomenti, e verificherà il raggiungimento delle conoscenze e la padronanza dei concetti acquisiti sia a livello teorico che sperimentale. È prevista, inoltre, la valutazione dei risultati ottenuti nei singoli esperimenti durante il corso sperimentale. La verifica finale prevede la valutazione dei risultati ottenuti nelle singole prove di laboratorio e di un colloquio orale.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: A000552 - METODI SPERIMENTALI IN 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, Attinometria – Spettrofluorimetria: Principi, funzionamento di uno spettrofluorimetro e sue applicazioni. Processi bimolecolari e determinazione della costante di Stern Volmer. ------------------------------------------------------------ Modulo: 3312 - ELEMENTI DI CHIMICA FISICA ------------------------------------------------------------ Termodinamica classica: I, II e III Principio; Trasformazioni fisiche di sostanze pure; Miscele; Aspetti termodinamici delle reazioni Chimiche. Quantomeccanica (cenni): Dall'atomo di Rutherford all'equazione di Schrodinger. Il principio di indeterminazione. Operatori ed osservabili. Lo spin. Soluzioni esatte dell'equazione di Schrodinger. Cinetica chimica: leggi cinetiche e loro determinazione; principali meccanismi; legge di Arrhenius; Teorie cinetiche Programma Esteso: Teoria cinetica dei gas, distribuzione delle velocità molecolari, diffusione ed effusione; equazioni di stato; gas ideali, gas reali; lavoro e calore, energia interna, primo principio della termodinamica, entalpia, capacità termiche; termochimica, reazioni di combustione di fonti fossili e valutazione della produzione energetica; secondo principio della termodinamica, entropia; energia di gibbs e lavoro di non espansione nei sistemi biologici; equilibri di fase e diagrammi di stato delle sostanze pure; miscele, potenziale chimico, legge di raoult, legge di henry; proprietà colligative, osmosi inversa e processi di desalinizzazione dell'acqua marina; diagrammi di stato delle miscele, distillazione frazionata, azeotropo, eutettico; equilibrio chimico; energia di gibbs standard di reazione; costante termodinamica di equilibrio; sistemi elettrochimici, celle galvaniche, celle elettrolitiche, celle a combustibile. Fondamenti di fisica quantistica; funzione d'onda e sua interpretazione; equazione di schrödinger; struttura elettronica degli atomi; molecole biatomiche, approssimazione bo, molecole poliatomiche; cenni di moti traslazionali, rotazionali e vibrazionali; spettroscopia rotazionale, vibrazionale ed elettronica; legge di lambert-beer; comprensione dell'effetto serra. Cinetica chimica: definizione di velocità di reazione; costante cinetica e ordine di reazione; leggi cinetiche di primo e secondo ordine; determinazione dell'ordine di reazione e della costante cinetica; dipendenza della costante cinetica dalla temperatura, legge di arrhenius, energia di attivazione; dal meccanismo di reazione alla legge cinetica, approssimazioni dello stadio cineticamente determinante e dello stato stazionario; catalisi, meccanismo di michaelis-menten, distruzione catalitica dell'ozono. Principi chimico fisici dedicati alla comprensione alla degradazione e ripristino ambientale