Corso di laurea magistrale in Chimica Industriale

Chimica Fisica I con laboratorio (Nuovo Ordinamento D.M. 270)

Anno accademico 2009/2010

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Note
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

Parte I Introduzione dei principi fondamentali della termodinamica classica e del loro utilizzo in chimica. Introduzione dei principi della cinetica chimica. Operatività in laboratorio con gli strumenti per l'analisi cinetica e calorimetrica. Parte II Introduzione delle basi termodinamiche dell'equilibrio chimico. Introduzione dei principi che stanno alla base della costruzione e della comprensione dei diagrammi di fase delle sostanze pure e dei sistemi binari. Trattazione termodinamica dei processi irreversibili. Introduzione degli strumenti per la comprensione e la trattazione dei fenomeni di trasporto. Comprensione della natura ed origine dei fenomeni d'interfaccia: l'interfaccia solido-gas ed il fenomeno di adsorbimento, la chemisorzione, la fisisorzione. La catalisi eterogenea.

Programma

PARTE I (6 CFU, Morterra/Magnacca):

1.   Lo stato gassoso: il gas perfetto. La temperatura empirica "assoluta" (T). Teoria cinetica dei gas.

      I gas reali: (a) la descrizione viriale. La temperatura di Boyle; (b) La descrizione di Van der Waals. Il principio degli stati corrispondenti. 

2.   Il primo principio. La funzione di stato entalpia. Capacità termiche e loro dipendenza da T. Determinazione di H(T). Termochimica: l'entalpia std di processi fisici e chimici. Le esperienze di Joule e di Joule-Thomson. La temperatura di inversione.

3.   Il ciclo di Carnot. La funzione di stato entropia (S). La temperatura termodinamica. Il secondo principio. Variazione di S, in funzione di T, per un sistema qualsiasi. Teorema di Nernst, ed enunciazione del terzo principio.

4.   Le funzioni di stato F e G. Dipendenza di G da p e T. I sistemi aperti. Il potenziale chimico, e sua dipendenza da p. La fugacità ed i metodi per determinarla.

5.   Velocità di reazione, costanti di velocità. Metodi di determinazione delle costanti di velocità.

      I principali tipi di reazione. Dipendenza delle velocità di reazione dalla temperatura; diagrammi di Arrhenius. Cenni di cinetica di reazioni complesse (lo "stato stazionario", il "rate determining step").

6.   L’equilibrio chimico: la scatola di Van’t Hoff. La delta-G di reazione, il suo significato fisico e la sua relazione con la delta-G° di reazione. Le condizioni per delta-G° < 0. Determinazione di K(p), K(x), K(c). Dipendenza di K(p) da p e da T; isocora di Van’t Hoff. La K(th) per sistemi di gas non perfetti: K(gamma), e condizioni per la sua valutazione.

7.   Introduzione alla termodinamica dei sistemi elettrochimici: il potenziale elettrochimico. Deduzione dell’equazione di Nernst. Significato fisico dei potenziali E(0), e loro deduzione. La serie elettrochimica.

8.   Le esercitazioni di laboratorio consistono nello studio cinetico di un processo semplice e nell'utilizzo di calorimetri per l'analisi dei calori di combustione e solvatazione.

PARTE II (9 CFU, Morterra/Magnacca/Spoto/Bordiga):  

1.   Diagrammi di fase delle sostanze pure. Confini di fase: equazione di Clapeyron, equazione di Clausius-Clapeyron, equazioni empiriche. Equazione di Guggenheim e regola di Trouton. Transizioni di fase (classificazione di Ehrenfest). Introduzione alla termodinamica dei sistemi binari: grandezze molari parziali e loro determinazione. L’equazione di Gibbs-Duhem. L’equilibrio liquido-vapore: sezioni isoterme ed isobare. Regola delle fasi di Gibbs; regola della leva. Miscele zeotropiche ed azeotropiche. La distillazione. Le proprietà colligative e l’equilibrio osmotico. Cenni di teoria delle soluzioni regolari. L'equilibrio solido-liquido: sistematica dei principali diagrammi di fase binari T-x (e g-x).

2.   Termodinamica dei processi irreversibili e fenomeni di trasporto: produzione di entropia, equazioni fenomenologiche, stati stazionari. Trasporto di carica, materia,  calore e quantità di moto. Interferenza di flussi. Cenni sui fenomeni non lineari.

3.   I fenomeni d'interfaccia. L'interfaccia solido-gas ed il fenomeno dell'adsorbimento. Aspetti termodinamici elementari del processo d'adsorbimento. La chemisorzione: i principali tipi di isoterma, atti alla descrizione della chemisorzione. La fisisorzione: il modello BET. Determinazione delle aree superficiali. I sistemi meso-porosi, e la determinazione della distribuzione di dimensione dei pori. Accenni alla micro-porosità ed alle problematiche ad essa collegate.

4.   La catalisi eterogenea.

"Parte I P.W. Atkins, ""Chimica Fisica"", Zanichelli Parte II P.W. Atkins, ""Chimica Fisica"", Zanichelli; G. K. Vemulapalli Chimica Fisica (EdiSES, NA)"

Note

L'esame finale prevede una prova scritta ed un'eventuale prova orale. Modalità di svolgimento del corso: tradizionale

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