CHIMICA FISICA I M - Z

Lo studente deve apprendere le nozioni quantitative e problem solving di: forze e interazioni deboli, conservazione e trasferimenti di energia sotto forma di calore, entropia e machine termiche, equilibrio chimico, diagrammi di fase, elettrochimica dei processi reversibili.

Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche in aula.

Sono richiesti, conoscenze di chimica generale, fisica I e matematica I e II.

E' richiesta la frequenza del 90% delle lezioni.

Stati di aggregazione della Materia. /2/

Mondo macroscopico, mondo microscopico e correlazioni proprietà - struttura. Stato solido, liquido, gassoso e plasma. Forze guida nell'assemblaggio delle fasi condensate. Curva di Morse, potenziali di interazione e problema di Madelung.

Proprietà dei gas./4/

Equazione di stato dei gas perfetti; la massa molare; miscele di gas perfetti, deviazioni dalla idealità ed equazioni di stato per i gas reali. Il fattore di compressibilità; miscele di gas reali.

Primo principio della Termodinamica./3/

Calore, lavoro e conservazione dell'energia. Lavoro di espansione e di compressione. Concetto di reversibilità e fenomeni spontanei. Funzioni di percorso. Funzioni di stato e differenziali.

Termologia./3/

Capacità termica e calori specifici. Energia interna e temperatura; entalpia e temperatura: relazioni tra i calori specifici. Processi isotermici e processi adiabatici - reversibili o irreversibili. La legge zero della Termodinamica.

Termochimica./4/

Entalpia di reazione e legge di Hess; Entalpia standard, relazioni tra ΔH e ΔU; ΔH in funzione della temperatura. Entalpia degli ioni in soluzione. Ciclo di Born-Haber.

Il secondo principio./10/

Il secondo principio. Efficienza delle macchine termiche e ciclo di Carnot. Il refrigerante di Carnot. Definizione dell'entropia. Entropia ed integrale ciclico. Prova generale per l'integrale ciclico dell'entropia. La diseguaglianza di Clausius. Proprietà dei differenziali esatti. Entropia in funzione di T,V e T,P. Variazioni di stato ed entropia.

La terza legge./3/

Variazioni di entropia per il gas ideale. Lo stato standard per il gas ideale. La terza legge ed entropia standard. Variazioni di entropia per una reazione chimica e dipendenza dalla temperatura.

Entropia e probabilità./5/

Entropia, probabilità dello stato e spontaneità. Probabilità , probabilità termodinamica ed entropia. Forma generale per la probabilità termodinamica. La distribuzione dell’energia. Terzo principio, entropia di mescolamento e di difetti di punto. Eccezioni apparenti - e non - alla terza legge.

Spontaneità ed equilibrio./7/

Entropia del sistema, entropia dell'ambiente e condizioni di spontaneità ed equilibrio. La funzione di Helmotz e la funzione di Gibbs. L'equazione fondamentale della termodinamica. Funzione di Gibbs e variazioni di T, P e composizione. Il potenziale chimico. Potenziale chimico in un gas ideale e nei gas reali. Il concetto di unicità formale e la fugacità.

I cambiamenti di stato./4/

Potenziale chimico e principio della stabilità delle fasi. Transizioni di fase del primo ordine. Transizioni di fase del secondo ordine. Diagramma di stato dell'acqua. La superficie, la tensione superficiale e la capillarità.

Le miscele e l’attività./4/

Volume molare nelle miscele. La legge di Gibbs-Duhem. Processi di mescolamento e spontaneità. Soluzioni di soluti non volatili; le proprietà colligative: ebullioscopia, crioscopia ed osmosi. Miscele di liquidi volatili: il concetto di attività. Le leggi limite di Raoult e di Henry. Le equazioni limite della Chimica.

L'equilibrio chimico./4/

Il criterio di spontaneità e di equilibrio per una reazione chimica. Equilibrio, la costante di equilibrio e l'influenza di catalizzatori, sostanze inerti, temperatura e pressione.

Elettrochimica./8/

Attività degli ioni in soluzione e legge di Debye-Huckel. Il concetto di forza ionica e l'influenza sulla solubilità. Forma delle leggi limite della chimica in soluzione diluita. Potenziale elettrochimico. Elettrodi e celle elettrochimiche più comuni. Potenziali elettrochimici standard e serie elettrochimica. L’equazione di Nernst.

Gli equilibri di fase./10/

Energia libera di mescolamento e diagrammi di fase. Regola delle fasi, regola della leva e diagrammi di fase. Sistemi ad un componente. Sistemi a due componenti. Sistemi a due componenti con uno o più prodotti. Sistemi a tre componenti. Influenza della forza ionica.

Testi consigliati:

- P. Atkins, J. De Paula : Chimica Fisica (Zanichelli).

- G.W. Castellan : Physical Chemistry (Addison-Wesley Pu. Co.).

- S. Capasso : La Chimica Fisica attraverso esercizi (Loghia)

- G.K. Vemulapalli : Chimica Fisica (EDISES).

Lo studente è libero di scegliere qualunque libro di testo.

prova scritta: risoluzione numerica di problemi di termodinamica ed elettrochimica.

Discussione dei problemi e prova orale.

Relazione tra energia libera di Gibbs e costante di equilibrio.

Entropia e macchine termiche.

Tansizioni di fase.