Obiettivi Formativi

• Conoscere i principi termodinamici che regolano gli scambi energetici tra sistemi chimici e la conversione tra differenti forme di energia (es. energia chimica in energia elettrica). • Conoscere le leggi che regolano l’equilibrio chimico in sistemi a più componenti e a più fasi. • Conoscere i principi che determinano la reattività dei sistemi chimici e la velocità di reazione.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche

Prerequisiti

I contenuti del corso di "Chimica Generale ed Inorganica".

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.

Programma del Corso

LE PROPRIETA' DEI GAS: Gas perfetti. Le leggi dei gas. Distribuzione delle velocità. Distribuzione di Maxwell. Introduzione alla termodinamica statistica. Frequenza di collisione. Cammino libero medio. Gas reali. Fattore di compressione. aEquazioni di stato viriali. Equazione di van der Waals. Le isoterme per i gas reali. Costanti critiche. Principio degli stati corrispondenti. PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Sistemi termodinamici. Variabili termodinamiche. q, w, U e I principio. Il lavoro di espansione. Cv. L'entalpia. Cp. Trasformazioni adiabatiche. Funzioni di stato e differenziali esatti. Dipendenza di U e di H dalla temperatura. Effetto Joule-Thomson. Relazione tra Cv e Cp. Termochimica. Misure calorimetriche per determinare ΔU e ΔH. Variazione di entalpia standard. L'entalpia nei cambiamenti chimici e fisici. La legge di Hess. L'entalpia standard di formazione. Cicli termochimici. Dipendenza dell'entalpia di reazione dalla temperatura: legge di Kirchoff. SECONDO E TERZO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: Entropia. Definizione statistica e termodinamica dell'entropia. Variazione di entropia nell'ambiente. Il II principio della termodinamica. Entropia nelle trasformazioni irreversibili. Disuguaglianza di Clausius. Le funzioni di Helmholtz e di Gibbs e lavoro massimo. Le relazioni di Maxwell. S nelle transizioni di stato. Variazione di entropia nelle trasformazioni più comuni. Misura dell'entropia. III principio della termodinamica ed entropia assoluta. Criterio per l'equilibrio e la direzione della trasformazione in sistemi chiusi ed aperti (equazione di Gibbs). Potenziale chimico. Funzione di Gibbs molare standard. Dipendenza di G dalla temperatura (equazione di Gibbs Helmholtz) e dalla pressione. Gas reali e fugacità. Stato standard dei gas reali. Misura della fugacità. TRASFORMAZIONI FISICHE DELLE SOSTANZE PURE: Diagrammi di stato. La stabilità delle fasi. Posizione e pendenza delle curve limite di fase. Equazione di Clapeyron. Equazione di Clausius-Clapeyron. Curve limite fra fasi. Determinazione dell'entalpia di transizione. Transizioni di fase. LE MISCELE: Grandezze molari parziali. Volume molare parziale. Funzione di Gibbs molare parziale. Equazione di Gibbs-Duhem. La regola delle fasi. Funzione di Gibbs di mescolamento per i gas ideali. Sistemi ideali e reali. Potenziale chimico dei liquidi: soluzioni ideali. Equilibrio liquido-vapore. Leggi di Raoult e di Henry. Le proprietà colligative. La solubilità. Soluzioni reali ed attività (Attività del solvente. Attività del soluto. Determinazione dell'attività per un soluto non volatile). Attività e molalità. Miscele di liquidi volatili. Regola della leva. Distillazione. Miscele azeotropiche. REAZIONI CHIMICHE: Reazioni chimiche spontanee. Grado di avanzamento di una reazione. L'affinità e la funzione di Gibbs di reazione. Costanti di equilibrio e loro dipendenza da pressione e temperatura. Equazione di van't Hoff. L'ELETTROCHIMICA DELL'EQUILIBRIO: Celle elettrochimiche. Semi-reazioni ed elettrodi. Relazione tra E e ΔG. Equazione di Nernst. Variazione della forza elettromotrice con la temperatura (ΔrS° e ΔrH°) 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.