Corso di laurea in Scienza dei Materiali
Corso di laurea in Scienza e Tecnologia dei Materiali

L'insegnamento fornisce le nozioni di base della termodinamica classica, con cenni alla termodinamica statistica, per permettere di affrontare lo studio delle trasformazioni di sistemi solidi, liquidi e gassosi, a composizione chimica anche complessa, sottoposti a variazioni di temperatura, volume, pressione e in condizioni di reattività chimica.
L'impianto teorico è supportato da esercitazioni numeriche nelle quali i concetti e le equazioni vengono utilizzati per la soluzione di problemi di termodinamica.
Da una parte quindi, si richiede lo studio e l'approfondimento dei Principi della Termodinamica e dall'altra l'acquisizione di strumenti attraverso i quali conoscere e descrivere il mondo chimico-fisico.

CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE

Acquisizione di conoscenze teoriche e operative relative alla termodinamica classica all'equilibrio, con alcuni rimandi a concetti e strumenti di termodinamica statistica.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Acquisizione della capacità di utilizzare e applicare le conoscenze relative al rapporto tra le proprietà microscopiche e quelle macroscopiche della materia. Inquadramento generale dei fenomeni chimico-fisici in cui è coinvolta la temperatura, il passaggio di calore ed energia tra i corpi e il lavoro di tipo meccanico. Capacità di utilizzare i concetti della termodinamica per una comprensione dei fenomeni chimico-fisici, quali: le reazioni chimiche e le transizioni di fase di sistemi semplici e complessi.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Acquisizione di capacità autonome di studio e valutazione della propria preparazione.

ABILITA' COMUNICATIVE

Acquisizione di strumenti e competenze per la comunicazione in forma orale e scritta, in lingua italiana dei concetti termodinamici. Capacità di tradurre leggi e postulati della termodinamica in equazioni matematiche.  

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO

Acquisizione di capacità autonome di apprendimento e di autovalutazione della propria preparazione, atte ad intraprendere gli studi successivi con un buon grado di autonomia.

Il linguaggio e la sintassi della termodinamica. I concetti e gli strumenti matematici.
I gas ideali. Equazioni di stato, funzioni di stato. Proprietà.
I gas reali. Il fattore di compressione, le equazioni dei gas reali. Le isoterme dei gas reali. I parametri critici. La legge degli stati corrispondenti.
Cenni di cinetica chimica per introdurre il concetto di temperatura ed energia di un sistema termodinamico dal punto di vista microscopico.
Zeresimo principio e temperatura empirica; scala della temperatura del gas perfetto.
L'equilibri e i processi: isotermici, isobari, isocori, adiabatici; reversibili e irreversibili.
Il primo principio: energia interna, entalpia, calori specifici. Le trasformazioni permesse.
II secondo principio: entropia e spontaneità dei processi termodinamici. Energia di Helmholtz e di Gibbs. Il terzo principio e la termochimica.
Le sostanze pure: potenziale chimico e condizioni di equilibrio di fase, il concetto di varianza, i diagrammi di fase. Le curve di monovarianza e l'equazione di Clapeyron. Le curve di sublimazione e di ebollizione e l'equazione di Clausius-Clapeyron.
I miscugli omogenei: grandezze di mescolamento, grandezze molari parziali.

La reazione chimica: le condizioni di naturalità e di equilibrio. le grandezze standard di reazione e le costanti di equilibrio. L'influenza delle variabili fisiche sullo spostamento dell'equilibrio.
I miscugli eterogenei:potenziali chimici, condizioni di equilibrio di fase, di reazione e regola delle fasi.
Diagrammi di fase binari. Equilibri liquido-vapore: zeotropi, azeotropi e distillazione frazionata. Lacune di miscibilità ed equilibrio liquido-liquido. L'equilibrio liquido-solido e solido-solido: sistemi peritettici, eutettici semplici e di soluzioni solide.
Introduzione alla cinetica chimica.. Definizione operativa di velocita' di reazione. Cinetica chimica e stechiometria di reazione. Relazione tra la velocita' di reazione e coefficienti stechiometrici. Definizione di reazione elementare. Molecolarita'. Relazione tra ordine di reazione e molecolarità.
Forma integrata delle leggi. Reazioni di ordine 0, 1 e 2..Decadimento radioattivo come processo del primo ordine. Datazione radioattiva. Temperatura e velocita' di reazione. Legge di Arrhenius.

Tipologia Insegnamento 

Lezioni frontali in classe (48 ore)  più esercitazioni in classe (12 ore).

 Frequenza

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria, ma fortemente consigliata.

L'esame si compone di una parte scritta ed una orale, da sostenere in presenza.

Nello scritto, vengono proposti alcuni problemi, simili a quelli affrontati durante le lezioni.
Se lo/la studente/studentessa supera lo scritto (almeno 18/30) può affrontare l'esame orale. Durante il colloquio sarà verificata la conoscenza dei principi, delle equazioni, dei concetti e delle quantità fondamentali della termodinamica.

Il voto finale risulta una media tra il voto della prova scritta (50%) e quello della prova orale

(50%).

Lo/la studente/essa deve dimostrare di avere acquisito una comprensione globale della materia e di essere in grado di esporla con chiarezza.

A teaching support tutoring is provided by a subject expert who will be agreed (timing and mode) on the basis of the students' availability, in the vicinity of the exam sessions.

Supporting material and on-line tutoring on:

"https://tutoratoonline.orientamente.unito.it/course/view.php?id=651"

Dispense e slides dell'insegnamento sono fornite dal docente e scaricabili dal sito.

G.K. Vemulapalli, Chimica Fisica, EdiSES, Napoli (1995).

D.A. Mc Quarrie, J.D. Simon, Chimica Fisica: un approccio molecolare, Zanichelli, Bologna (2000).