Obiettivi Formativi

Il corso ha come obiettivo quello di fornire la conoscenza dei principi termodinamici che regolano gli scambi energetici tra sistemi chimici e la conversione tra differenti forme di energia (es. energia chimica in energia elettrica). Lo studente conoscerà le leggi che regolano l’equilibrio chimico in sistemi a più componenti e a più fasi. Avrà acquisito inoltre i principi che determinano la reattività dei sistemi chimici e la velocità di reazione con particolare riferimento alla metabolizzazione dei nutraceutici. È ulteriore obiettivo del corso fornire la conoscenza e la comprensione dei principi atti a spiegare ed interpretare i processi fisici e le trasformazioni chimiche, tramite l’impiego di “modelli”, peculiarità della Chimica Fisica. Alla fine del corso lo studente dovrà aver acquisito la capacità di applicare la conoscenza e la comprensione acquisita, allo studio e all’interpretazione della struttura e delle proprietà chimico fisiche dei nutraceutici.

Metodi didattici

Il corso prevede 36 h di lezioni frontali

Prerequisiti

Chimica Generale ed Inorganica e Elementi di Analisi matematica.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame Esame orale 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. Gas reali. Equazioni di stato viriali. Equazione di van der Waals. Le isoterme per i gas reali. 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. La legge di Hess. L'entalpia standard di formazione. 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. TRASFORMAZIONI FISICHE DELLE SOSTANZE PURE: Diagrammi di stato. La stabilità delle fasi. 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. 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. Miscele di liquidi. REAZIONI CHIMICHE: Reazioni chimiche spontanee. Grado di avanzamento di una reazione. 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.