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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 2020/2021

Codice dell'attività didattica
MFN1261
Docente
Prof.ssa Silvia Casassa (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
7
SSD dell'attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'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).
Oggetto:

Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso 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.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Comprensione del 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.
Capacità nel tradurre concetti termodinamici in leggi ed equazioni matematiche.

Possibilità 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.

Comprehension of the relationship between microscopic and macroscopic properties of matter. Comprehension of the definition of the state of a systems and of theprocesses which can occur, as induced by temperature, volume, pressure and composition variations.


Ability in translating thermodynamic concepts into mathematical equations.

Possibility to exploit the thermodynamics concepts and machinery to better understand several chemical-physics processes as chemical reactions and phase transition in simple and complex systems.

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Modalità di insegnamento

Tipologia Insegnamento 

LEZIONE SINCRONA CON REGISTRAZIONE

Lezioni frontali ed esercitazioni in classe.

Nel caso dovessero tornare le restrizioni a causa del Covid,  le lezioni si svolgeranno a distanza, in diretta, utilizzando la piattaforma WebEx e, una volta terminate, saranno rese disponibili sul Moodle.

In tutti i casi, le lezioni si svolgeranno in accordo con l'orario accademico.

In caso di problemi tecnici (connessione e/o mancanza di supporto informatico adeguato) si prega di contattare la docente.

Frequenza

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

SYNCHRONOUS LESSON IN THE CLASSROOM WITH REGISTRATION

Frontal lectures and exercises in classroom. The Moodle e-learning platform is used to suggest and perform original activities.

If due to the Covid, the restrictive measures should come back again, lessons will take place through the WebEx platform, face-to face, according to the Accademic calendar. Lessons will be subsequently upload on the Moodle platform and be made accessible to all.

Attendance is not obbligatory, but strongly suggested.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame si compone di una parte scritta ed una orale.

ESAMI IN PRESENZA, CON POSSIBILITA' DI ATTIVAZIONE DELLA MODALITA' A DISTANZA

Gli student* potranno comunque continuare ad usufruire della modalità on-line in caso di fragilità di salute o di residenza remota rispetto alla sede universitaria.

Qualora dovessero ritornare le limitazioni dovute al Covid, sia l'esame scritto che l'orale si svolgeranno attraverso la piattaforma WebEx, il giorno indicato da calendario.

Studenti e studentesse sono invitati a contattare il docente in caso di problemi tecnici, quali l'impossibilità ad accedere a risorse informatiche e/o piattaforme on-line.

Nello scritto, vengono proposti alcuni problemi, simili a quelli affrontati durante le lezioni.
Se lo 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.

Lo 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.

EXAMINATIONS IN PRESENCE, WITH THE POSSIBILITY OF ACTIVATING THE REMOTE MODE

In the event of health fragility or remote residence from the university, the student can request to substain the examination using the online mode.

If due to the Covid, the restrictive measures should come back again, both the exams will take place using the WebEx on-line platform. The students will be monitored during their written composition and will be subsquently interviewed in small groups (4) with the support of colleagues.

Students are kindly requested to contact the teacher in case of technical problems.

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.

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Attività di supporto

E' previsto un tutoraggio di supporto alla didattica

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

 

Supporting material and on-line tutoring is provided:

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

 

 

 

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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 the corresponding 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.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

P. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica Zanichelli 2004

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

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

Dispense e slides del corso, fornite dal docente e scaricabili dal sito.

P. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica Zanichelli (2004).

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.



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Orario lezioni

Lezioni: dal 02/03/2021 al 11/06/2021

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

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Ultimo aggiornamento: 29/06/2021 16:30