Codice insegnamento

4S00097

Crediti

6

Coordinatore

Adolfo Speghini

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

CHIM/02 - CHIMICA FISICA

Moodle Seminari 0

L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi di apprendimento

L'insegnamento si propone di fornire allo studente gli strumenti fondamentali, sia teorici che pratici, per comprendere ed interpretare fenomeni chimico-fisici riguardanti sistemi di interesse biotecnologico. Lo studente acquisirà la capacità di applicare concetti chimico-fisici a processi reali allo scopo di quantificare osservabili di tipo termodinamico, cinetico e spettroscopico. Verranno inoltre illustrati degli esempi riguardanti i vari argomenti chimico-fisici per approfondire e completare la parte teorica. L'insegnamento prevede alcune esperienze di laboratorio allo scopo di fornire manualità e capacità critica nell'affrontare problematiche chimico-fisiche reali, e far acquisire competenze su metodiche e attrezzature moderne per la misura di variabili termodinamiche e costanti cinetiche, nonché per studiare proprietà elettroniche e vibrazionali di molecole semplici.

Prerequisiti e nozioni di base

Prerequisiti sono i concetti contenuti negli insegnamenti di Matematica e Statistica, Chimica Generale e Inorganica, Fisica e Chimica Organica.
Propedeuticità: Matematica e Statistica, Chimica Generale ed Inorganica e Fisica.

Programma

TEORIA
Energetica dei processi. Calore e lavoro. Energia interna. Entalpia. Capacità termica.
Entalpia di transizione di fase. Entalpia di reazione e di formazione.
Entropia e sue variazioni con la temperatura. Entropia di transizione di fase. Cenni all'interpretazione statistica dell'Entropia. Entropia di reazione.
Energia libera di Gibbs e sua variazione con pressione e temperatura. Condizione di stabilità e diagrammi di fase.
Potenziale chimico. Potenziale chimico dei componenti di miscele gassose e di soluzioni ideali e reali. Energia libera di mescolamento per soluzioni ideali.
Energia libera di reazione. Equilibrio e costante di equilibrio. Energia libera di formazione e suo utilizzo. Variazione della costante di equilibrio con la temperatura.
Velocità delle reazioni chimiche. Legge cinetica e ordine di reazione. Determinazione delle leggi cinetiche.
Equazione di Arrhenius. Stato di transizione ed energia di attivazione.
Meccanismi di reazione. Avvicinamento all'equilibrio. Reazioni consecutive. Approssimazione dello stato stazionario.
Pre-equilibrio. Rate Determining Step. Reazioni controllate dalla diffusione o dall'attivazione. Controllo cinetico e termodinamico.
Cenni alla teoria quantistica. Particelle in sistemi confinati. Oscillatore armonico e vibrazioni molecolari.
Struttura atomica. Spin. Principio di esclusione di Pauli.
Legame di valenza e orbitali molecolari. Spettroscopia molecolare elettronica. Dicroismo circolare.
Decadimento degli stati eccitati. Fluorescenza e fosforescenza. Quenching della fluorescenza.
Spettroscopia infrarossa. Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR).

Bibliografia

Modalità didattiche

L’insegnamento verrà svolto come lezioni frontali ed esperienze di laboratorio.
Le modalità di insegnamento prevederanno anche l'applicazione dei concetti sviluppati con le lezioni frontali per l'illustrazione di risoluzione di problemi reali.
La frequenza dell'insegnamento è fortemente consigliata.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d'esame sarà orale, comprendente domande su argomenti dell'Insegnamento sulla parte teorica, sugli esempi ed esercizi considerati e sulle esperienze di laboratorio, finalizzata ad accertare la conoscenza dello studente sui relativi contenuti. Particolare attenzione sarà rivolta alla padronanza dei concetti della Chimica Fisica, delle metodiche, degli strumenti e delle tecniche usate nelle esperienze di laboratorio.
Per entrambi gli studenti frequentanti e non frequentanti l'esame verterà su tutti gli argomenti della parte teorica, sugli esempi ed esercizi considerati e la parte sulle esperienze di laboratorio.
Per la parte di laboratorio è richiesto un elaborato scritto riguardante le metodiche e i risultati ottenuti durante le esperienze, che dovrà essere caricato sulla piattaforma Moodle alla fine dell'esperienza di laboratorio.

Criteri di valutazione

I criteri di valutazione saranno basati sulla capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, di ragionamento critico sullo studio realizzato, qualità dell’esposizione, competenza nell’impiego del lessico specialistico, efficacia e linearità di esposizione.

Criteri di composizione del voto finale

Il voto finale risulterà dalla valutazione dell'apprendimento della parte teorica e dall'apprendimento delle esperienze di laboratorio.

Lingua dell'esame

Italiana