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Oggetto:
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Chimica Fisica I

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Physical Chemistry I

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Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
MFN1261
Docente
Silvia Casassa (Titolare)
Corso di studio
Scienza dei Materiali [0205L31]
Anno
1° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
7
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Equazioni di secondo grado e analisi matematica (integrali e differenziali di funzioni a più variabili).
Second degree equations and mathematical analysis (derivatives and integrals of multi-variables functions).
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

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.

The course provides the background elements of the classic thermodynamics together with some basic concepts of kinetic related to statistic thermodynamics.
It aims at the comprehension of the mechanisms which rules the transformation of matter under a change in temperature, pressure, volume or composition.
The theoretical background is supported by practical exercices in order to develop a problem-solving attitude towards thermodynamics problems.

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Risultati dell'apprendimento attesi

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.

 

 

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

Acquisition of theoretical and operational knowledge related to classical thermodynamics at equilibrium, with some references to concepts and tools of statistical thermodynamics.

 

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

Acquisition of the ability to use and apply the knowledge relating to the relationship between the microscopic and macroscopic properties of matter. General overview of chemical-physical phenomena involving temperature, the passage of heat and energy between bodies and mechanical work. Ability to use the concepts of thermodynamics for an understanding of chemical-physical phenomena, such as: chemical reactions and phase transitions of simple and complex systems.

MAKING JUDGMENTS

Acquisition of independent study skills and assessment of one's own preparation.

COMMUNICATION SKILLS

Acquisition of tools and skills for oral and written communication of thermodynamic concepts in Italian. Ability to translate laws and postulates of thermodynamics into mathematical equations.

LEARNING SKILLS.

Acquisition of autonomous learning capacity and self-assessment of its preparation, in order to undertake subsequent studies with a good degree of autonomy.

Oggetto:

Programma

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.

 

Thermodynamic language and syntax. The concepts and the mathematical instruments.
The thermodynamics forces: heat, work, pressure, temperature and concentration gradient.
The properties of ideal gas, equation of state and state functions. Properties.
Real gas. Compression factor, equations of state. Isotherms. Critical parameters and the law of thecorresponding states.
Temperature, kintetic and statistics: a microscopic description.
The first law: internal energy, enthalpy, specific heats.
The second principle: entropy, reversibility and irreversibility. Helmholtz and Gibbs energy.
The third principle and thermochemistry. The standard states and reaction and equilibrium constants. The influence of physical variables on the shifting balance.
The pure substances: chemical potential and equilibrium phase, the concept of variance, the phase diagrams. The curves of monovariate Clapeyron equation. The sublimation and boiling curves of the Clausius-Clapeyron equation. The critical point.
The heterogeneous mixtures: chemical potentials, equilibrium conditions, phase and reaction phase rule. Binary phase diagrams. Liquid-vapor equilibrium: zeotropic, azeotropes and fractional distillation. Miscibility gaps and liquid-liquid equilibrium. The equilibrium liquid-solid and solid-solid: peritectic systems, simple eutectics and solid solutions.
Introduction to chemical kinetics. Operational definition of rate 'reaction. Chemical kinetics and reaction stoichiometry. Relationship between the rate of reaction and stoichiometric coefficients. Empirical reaction
order. Methods for determining the rate law. Definition of elementary reaction. Molecular. Relation between reaction and molecular order.  Integrated form of the laws. Reactions of order 0, 1 and 2 .. Radioactive decay as a process of first order. Radioactive dating. Consecutive first order reactions. Exact analytical solution.
Determining step of the rate reaction. Steady-state approximation. Temperature dependence of the rate of the reactions. Arrhenius Law.

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Modalità di insegnamento

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.

SYNCHRONOUS LESSON IN THE CLASSROOM.


Frontal lectures (48 h) and exercises in classroom (12h). 

Attendance is not compulsory but strongly recommended.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

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.

 

The exam is composed by a written and oral (mandatory) part, in presence.


The written exam contains 4-5 problems of thermodynamics, similar to the exercises proposed during the teaching.
If the student passes the written part (minimum mark required is 18/30) she/he can face the oral examination intended to verify the knowledge on principles, equations and fundamental thermodynamics quantities and concepts. The final vote is an average of the two ratings (50% -50%).

Student need to acquire a comprehensive understanding of the subject and be able to explain it clearly.

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Attività di supporto

E' previsto un tutoraggio di supporto alla didattica a cura di un/una esperto/a della materia la cui erogazione (date e modalità) verrà concordata sulla base delle disponibilità degli studenti/esse, in prossimità delle sessioni di esame.

Sono sempre presenti esami, problemi ed esercitazioni sul seguente portale:

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

 

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"

 

 

 

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Altro
Titolo:  
L'ultima domanda di Isaac Asimov
Descrizione:  
articolo divulgativo
URL:  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Chimica Fisica
Anno pubblicazione:  
2023
Editore:  
UTET
Autore:  
COMPIANI MARIO; LA ROSA CARMELO; SASSI PAOLA
ISBN  
Permalink:  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
CHIMICA FISCA
Anno pubblicazione:  
2020
Editore:  
Zanichelli
Autore:  
Peter William Atkins , Julio de Paula, James Keeler
Permalink:  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Articolo
Titolo:  
Is Times's Arrow Persectival?
Titolo rivista:  
Physics-History and Philosophy of Physics
Anno pubblicazione:  
2015
Autore:  
Carlo Rovelli
URL:  
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

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).

Slides and notes of the lectures provided by the teacher, available on the web site.

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

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

 



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Orario lezioniV

Lezioni: dal 02/03/2022 al 10/06/2022

Nota: Per l'orario dettagliato consultare la pagina "Orario Lezioni"
http://stmateriali.campusnet.unito.it/do/lezioni.pl

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    Ultimo aggiornamento: 13/10/2023 14:29
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