Corso di laurea in Chimica e Tecnologie Chimiche

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti: Fondamenti sulle interazioni intermolecolari e di cinetica chimica fenomenologica, e cenni sui fenomeni di trasporto in funzione della disponibilita' di tempo.

L’allievo dovrà essere in grado di comprendere il significato di:
• Interazioni elettrostatiche
• Forze dispersive e loro ruolo nelle fasi condensate
• Polarizzazione
• Legame ad idrogeno e sue proprietà
• Interazioni intermolecolari e termodinamica
• Legge di Trouton
• reazione elementare
• meccanismo di reazione
• energia di attivazione di un processo chimico
• ordine di reazione
• approssimazione dello stato stazionario
• reazioni catalizzate
• isoterma di adsorbimento di Langmuir
• isoterma BET
• reazioni alle superfici
• meccanismo di Langmuir
• meccanismo di Rideal • molecolarità di una reazione
• velocità di una reazione chimica
• stadio determinante la reazione
• tempo di dimezzamento
• controllo termodinamico e cinetico
• catalisi enzimatica
• Inibizione enzimatica
• fisisorzione e chemisorzione.

Lo studente dovra' anche essere in grado di svolgere semplici esercizi numerici con particolare riguardo al trattamento delle unita' di misura. Dovra' essere in grado di trattare dati sperimentali secondo un modello lineare di cui dovra' stimare la pendenza e l'intercetta con metodi geometrici.

Interazioni inter-molecolari. Interazioni a corto e lungo raggio. Legge di Coulomb. Interazione tra ioni. Costante di Madelung in solidi ionici. Definizione di dipolo elettrico. Interazione ione-dipolo generalizzata e raggio di idratazione. Interazione dipolo-dipolo permanenti. Interazioni di Keesom. Energie libere di interazione. Multipoli elettrici e loro interazioni.
Interazioni dipolo-dipolo indotto. Polarizzabilita’ atomica e molecolare. Trattazione semiclassica delle interazioni dispersive di London. Solidi e liquidi di van der Waals. Interazioni repulsive e totali. Il legame ad idrogeno. Ruolo delle forze dispersive in addotti legati con legame ad idrogeno. Aspetti termodinamici delle forze intermolecolari. Regola di Trouton. Forze di interazione in gas, liquidi e solidi. Solidi cristallini amorfi e polimerici. Proprieta’ dei materiali riconducibili alla struttura atomica.
Ore: 12
Cinetica chimica: note introduttive. Relazione tra cinetica e termodinamica. Esempi intuitivi di controllo cinetico delle reazioni. La definizione operativa di velocita' di reazione. Cinetica chimica e stechiometria di reazione. Relazione tra la velocita’ di reazione e i coefficienti stechiometrici. Ore: 4
Ordine di reazione empirico. Relazione tra ordine di reazione e coefficienti stechiometrici. Metodi per la determinazione della legge cinetica. Metodo dell'isolamento. Metodo dei coefficienti angolari iniziali. Ore:4
Concetto di reazione elementare. Molecolarita’. Scrittura delle equazioni
cinetiche per le reazioni elementari. Relazione tra ordine di reazione e
molecolarità. Ore: 4
Leggi cinetiche in forma integrata. Reazioni di ordine 0. Reazioni del primo ordine. Reazioni di secondo ordine. Confronto tra i due. Difficoltà sperimentali nella interpretazione dei dati cinetici. Reazioni vicine all'equilibrio. Relazione tra costanti cinetiche di semireazione e costante di equilibrio termodinamica. Ore: 4
Decadimento radioattivo come processo del primo ordine. Datazione radioattiva. Reazioni consecutive. Soluzione analitica esatta. Stadio determinante la velocita' di reazione. Ore:2
Approssimazione dello stato stazionario. Temperatura e velocita' di reazione. Legge di Arrhenius. Legge di Arrhenius generalizzata. Ore: 4
Reazioni con pre-equilibrio. Reazioni di ordine terzo. Energia di attivazione negativa. Tecniche per lo studio delle reazioni ultra-veloci. Tecniche di flusso. Metodi di rilassamento. Ore: 4
Reazioni competitive al primo ordine. Controllo termodinamico. Controllo cinetico. Reazioni unimolecolari. Meccanismo di Lindemann-Hinshelwood. Ore: 4
Cinetica alle superfici: adsorbimento. Fisisorzione, chemisorzione.
Isoterma di Langmuir. Isoterma BET. Ore: 4
Catalisi e ruolo delle superfici. Meccanismo di Molina per la distruzione
dell'ozono stratosferico. Il ghiaccio come catalizzatore. Ore: 2
Entalpia isosterica di adsorbimento. Velocita' di adsorbimento.
Coefficiente di adsorbimento (sticking probability). Velocita' di
desorbimento. Ore: 2
Reazioni catalizzate da enzimi. Equazione di Lineweaver-Burk.
Meccanismo delle reazioni catalizzate da enzimi. Esempio dettagliato di
funzionamento enzimatico. La serina proteinasi: meccanismo di azione.
Inibizione enzimatica (competitiva, acompetitiva, non competitiva).
Esempio numerico dettagliato di linearizzazione. Ore: 4

Le lezioni saranno svolte in presenza. Modalità didattiche alternative (streaming) potranno essere introdotte a seguito di nuove raccomandazioni di Ateneo in relazione allo stato della pandemia Covid-19.

L'insegnamento viene svolto tramite lezioni frontali illustrando tutti i dettagli matematici dei vari concetti chimico fisici tramite il commento al file delle dispense fornite agli studenti.  Questa metodologia di soluzione e di impostazione dei problemi consente lo sviluppo di un metodo di studio dei concetti della chimica fisica. Nel corso si fara' uso di video su youtube su argomenti di non facile attaubilita' pratica  di cui viene fornito il link nella sezione dedicata al materiale didattico. Vengono svolte alcune lezioni dedicate all'utilizzo corretto di Excel per il trattamento dei dati sperimentali tramite regressione lineare.

Materiale didattico pubblicato su Campusnet e moodle:

• Comunicazione con gli studenti: email per domande di carattere specifico

Gli esami si svolgeranno in presenza, con la sola eccezione per gli studenti e le studentesse che autodichiarano, in relazione al Covid-19, fragilità personale o positività. Modalità alternative (online) potranno essere introdotte a seguito di nuove raccomandazioni di Ateneo in relazione allo stato della pandemia Covid-19. 

L'esame (che sia in presenza o online) si svolge in forma scritta e consiste in 8 domande a risposta aperta che corrispondono ad elaborazione formale e concettuale dei temi del corso insieme ad esercizi numerici in cui lo studente deve svolgere calcoli numerici semplici o interpretare andamenti nei dati sperimentali utilizzando la regressione lineare. L'esame avrà durata di 120 minuti. 

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile presso:
il pdf degli appunti delle lezioni che sono sempre da considerarsi un
compendio a libri di testo ufficiali è disponibile come materiale didattico
al sito web del docente:
http://chimicaetecnologie.campusnet.unito.it/do/didattica.pl/ShowFile?
_id=yi81;field=file;key=fkCrynWZaK87E;t=7341

I testi base consigliati per il corso sono:
P. Atkins e J. de Paula, Chimica Fisica (V edizione italiana), Zanichelli,
2012.
D. A. McQuarrie e J. D. Simon, Chimica Fisica - Un approccio molecolare,
Zanichelli, 2000.
J.H. Noggle, Physical Chemistry, Third Edition, HarperCollins College
Publishers, 1996.
G.K. Vemulapalli, Chimica Fisica, EdiSes, 1995.

Libri di esrcizi per tutti corsi di Chimica Fisica:

Esercizi di Chimica Fisica (2° edizione), Alberto Gambi, Zanichelli, 2022.

Esercizi di Chimica Fisica con elementi di teoria, Sante Capasso, Editore indipendente, 2022.

E’ fortemente consigliato l’utilizzo del seguente materiale per
approfondimenti e integrazioni
Infine sono di seguito indicati siti internet di interesse: in generale le
informazioni su wikipedia sono relativamente corrette ma devono essere
criticamente verificate con gli appunti. Si raccomanda la lettura della
Nobel lecture di Gerhard Ertl disponibile al link http://www.nobelprize.
org/mediaplayer/index.php?id=784 o lo scritto corrispondente disponibile
al link http://www.nobelprize .
org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/ertl-slides.pdf per
approfondimenti relativi alla catalisi eterogenea e le reazioni oscillanti.
Sono inoltre consigliati i seguenti video:
Cinetica enzimatica
http://www.youtube.com/watch?v=hR38o2Ec8b0&feature=related
Reazioni oscillanti
http://en.wikipedia.org/wiki/Belousov%E2%80%93Zhabotinsky_reaction
http://www.youtube.com/watch?v=4I8bnMUv08U
http://www.youtube.com/watch?v=3JAqrRnKFHo
Mappa logistica
http://it.wikipedia.org/wiki/Mappa_logistica
Sintesi dell’ammoniaca
http://www.webalice.it/claudio.casalino/files/ProcessiInd_2012_2.pdf
http://online.scuola.zanichelli.it/scopriamolachimicafiles/
Schede/Zanichelli_Bagatti_Scopriamo_Cap09_S_Ammoniaca.pdf
Distruzione dell’ozono stratosferico
http://oceanworld.tamu.edu/resources/environmentbook/stratosphericozone.html
https://www.google.it/search?q=lacche+per+capelli+anni+60&ie=utf8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:it:official&client=firefoxa&channel=fflb