L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi formativi

Il corso di Chimica Fisica per la Laurea triennale si propone lo sviluppo delle capacità necessarie per una descrizione quantitativa delle proprietà macroscopiche dei sistemi chimici, soprattutto di quelli d’interesse per il biologo. L’uso di un libro di testo in lingua inglese costituisce un’altro aspetto formativo di fondamentale importanza.

Programma

Termodinamica Chimica e Biochimica: Introduzione. Descrizione dei sistemi macroscopici. Variabili di stato. Equilibrio. Definizione dello stato di un sistema. Processo. Calore e lavoro. Lavoro di espansione. Altri tipi di lavoro. Descrizione matematica di un sistema con una o più variabili indipendenti. Primo principio della Termodinamica. Esempi di calcoli usando il primo principio. Interpretazione molecolare delle variazioni di energia.
Entalpia e capacità termica. Misura e calcolo delle variazioni di entalpia. Termochimica. Interpretazione molecolare delle variazioni di entalpia. Processi cooperativi in Chimica e Biologia. Denaturazione delle proteine. Proprietà termodinamiche dell’acqua. Significato biologico. Secondo principio della Termodinamica. Processi spontanei. Entropia. Calcolo delle variazioni di entropia per alcuni processi importanti. Interpretazione molecolare dell’entropia. Terzo principio della Termodinamica. Entropia residua. Esempi di calcolo. Energia libera di Gibbs e di Helmholtz. Criteri di spontaneità usando queste due funzioni termodinamiche. Significato fisico dell’energia libera di Gibbs e di Helmholtz. Potenziale chimico. Significato fisico. Equilibrio chimico. Costante di equilibrio. Metodi che si usano per calcolare e misurare le variazioni di energia libera di Gibbs delle reazioni chimiche e biochimiche. Variazione dell’energia libera con la temperatura. Equazione di Van’t Hoff. Esempi biochimici. Denaturazione delle proteine. Effetto idrofobico. Equilibri di fase. Regola delle fasi. Equazione di Clausius Clapeyron. Transizioni di fase in sistemi biologici. Altri esempi di applicazioni biologiche della Termodinamica.


Cinetica Chimica e Biochimica: Introduzione alla Cinetica Chimica. Metodologia. Meccanismo di reazione. Relazione fra costante di velocità e costante di equilibrio. Principio di reversibilità microscopica. Determinazione dei meccanismi di reazione. Determinazione della legge di velocità. Metodi. Integrazione della legge di velocità. Esempi: decadimento radioattivo e rinaturazione del DNA. Superficie di energia potenziale. Profilo e coordinata di reazione. Teoria di Arrhenius. Significato di A e della energia di attivazione. Teoria di Eyring. Energia libera di attivazione. Metodi sperimentali. Cinetica enzimatica. Modello di Michaelis-Menten. Derivazione della legge di velocità. Grafici di Eadie e di Lineweaver-Burke. Teoria di Eyring applicata agli enzimi. Fattori che determinano la capacità catalitica degli enzimi. Stato di transizione.

Testi Consigliati

1) Eisenberg, D. and Crothers, D. Physical Chemistry with applications to the Life Sciences. Benjamin/Cummings Publishing Company.Menlo Park, California, U.S.A. 1979.

2)Atkins P. e De Paula J. Chimica Fisica Biologica 1 Zanichelli editore S.p.A. Bologna 2008.

Modalità d'esame

Scritto e orale. L'esame scritto prevede la risoluzione di fra cinque e dieci esercizi del tipo discusso a lezione. L'esame orale si svolge il giorno successivo e riguarada gli argomenti trattati nella parte teorica del corso.