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Oggetto:
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CHIMICA FISICA I - Corso B (cognomi L-Z)

Oggetto:

Physical Chemistry I - Course B ( surnames L-Z)

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
MFN1165
Docenti
Prof. Domenica Scarano (Titolare del corso)
Prof.ssa Giuliana Magnacca (Titolare del corso)
Corso di studio
Chimica e Tecnologie Chimiche
Anno
1° anno
Periodo
Secondo periodo
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto
Prerequisiti

Fondamenti di chimica, di analisi matematica, di fisica

Fundamental knowledge of chemistry, matematics and physics
Propedeutico a

insegnamenti successivi di Chimica Fisica; insegnamenti successivi di Chimica Inorganica, Organica; Chimica Analitica,Chimica dei Materiali, Chimica Industriale, Biochimica

following courses of Physical Chemistry; subsequent courses of Inorganic Chemistry, Organic Chemistry; Analytical Chemistry, Material Chemistry, Industrial Chemistry, Biochemistry
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

L'insegnamento fornisce i principi fondamentali che governano le proprietà  ed il comportamento della materia mediante un approccio macroscopico/ fenomenologico ma anche  microscopico. Lo studente potrà applicare la propria conoscenza tecnico-scientifica di base per affrontare le problematiche in campo chimico. In particolare avrà la competenza nell'interpretare i dati derivati dalle osservazioni sperimentali e misurazioni  e relazionarli ad una teoria appropriata.

Più in dettaglio, l'insegnamento fornisce i fondamenti della termodinamica classica. Introduce il concetto di funzione di stato e, partendo dalle leggi  fondamentali,  i potenziali termodinamici e le relazioni che li legano. Vengono inoltre trattate: 
- le condizioni generali di spontaneità di trasformazioni e di equilibrio nei sistemi chiusi
- le proprietà termodinamiche dei miscugli gassosi, liquidi e solidi
- le condizioni specifiche di equilibrio di fase  e di reazione

The course gives the basic principles which govern the  properties and the behaviour of the matter, by means of  macroscopic and microscopic approaches. the student will be able to apply the acquired knowledge to solve chemical problems. In particular, the student will be able to correlate the experimental results with the suitable theory.

More in detail, the course provides fundamental concepts and knowledge of classical thermodynamics such as:
- the concept of state function,starting from the fundamental laws
- thermodynamic potentials and the relationships among them
- general conditions for spontaneous changes and the attainment of the equilibrium condition in closed systems
- thermodynamic properties of gases, liquids and solids systems
- specific conditions of phase and reactions equilibrium

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza delle equazioni fondamentali della termodinamica, capacità di applicarle, sapendo inquadrare correttamente un problema termodinamico.
Conoscenza delle proprietà delle soluzioni, delle condizioni per gli equilibri di fase e di reazione e la loro dipendenza dalle variabili fisiche e chimiche. Capacità di interpretazione dei diagrammi di fase binari ed in particolare delle sezioni isobare che descrivono l’equilibrio liquido-vapore, solido-liquido e solido solido.

Knowledge of the fundamental equations of thermodynamics, ability to solve a thermodynamic problem. Knowledge of the solutions properties, of  the conditions of the phase and equilibrium reactions and how they depend on the physical and chemical variables. Ability to read the phase diagramms and more in detail the isobaric sections that describe the equilibria: liquid-vapour, liquid-solid and solid-solid.

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Programma

Fondamenti di Termodinamica.

Premesse: dalle proprietà microscopiche dei sistemi chimici alle proprietà macroscopiche, stato di equilibrio, equazioni di stato e funzioni di stato. Lo zeresimo principio. Equazione di stato del gas perfetto e la teoria cinetica dei gas. I gas reali: l’equazione di stato del viriale e la temperatura di Boyle; l’equazione di Van der Waals. Le costanti critiche. Il principio degli stati corrispondenti.  Il primo principio: Lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Calori specifici. Il primo principio in azione:termochimica. II secondo principio: entropia e temperatura termodinamica, reversibilità e irreversibilità. Energia di Helmholtz e di Gibbs. Le quattro equazioni fondamentali per un sistema chiuso. Le condizioni di spontaneità delle trasformazioni e di equilibrio in un sistema chiuso. Il terzo principio: entropie convenzionali ed energie di Gibbs standards. Il potenziale chimico. Applicazione al caso dei gas.

Termodinamica Chimica

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. Il punto critico. Ordine delle transizioni di fase. I miscugli omogenei: grandezze di mescolamento, grandezze molari parziali, potenziali chimici. La reazione chimica in fase omogenea: le condizioni generali di naturalità e di equilibrio. I miscugli eterogenei: condizioni generali di equilibrio di fase, di reazione e regola delle fasi. Proprietà dei  miscugli gassosi: i miscugli di gas ideali; i miscugli gassosi reali e l’approssimazione di Lewis - Randall. La reazione chimica : le grandezze standard di reazione e le costanti di equilibrio. L’influenza delle variabili fisiche sullo spostamento dell’equilibrio.  Proprietà dei miscugli condensati ideali e non: l’attività relativa e i coefficienti di attività. Le grandezze di eccesso. I contributi dei termini entalpici ed entropici alle deviazioni dall’idealità. Soluzioni diluite ideali. Le convenzioni per gli stati di riferimento nei miscugli condensati. 

 

Fundamentals of Thermodynamics

Introduction. From microscopic properties of the chemical systems to the macroscopic ones, equilibrium states, state equations and state functions. The zeroth law. Ideal gas properties: the ideal-gas pVT equation, the gas kinetic theory. Real gases: virial and van der Waals equations, Boyle temperature, critical constants, law of the corresponding states. The first law: heat, work and the concepts of internal energy, enthalpy, and heat capacities. Effects of the first principle: termochemistry. The second law: entropy and thermodynamic temperature. Reversibility and irreversibility.The Helmholtz and Gibbs free energies. The four Gibbs equations in a closed system.  The criterium for spontaneous changes and the attinment of equilibrium conditions in a closed system. The third law:conventional entropies and standard reaction Gibbs energies. The chemical potential. Application to gases.

Chemical Thermodynamics

One-component system: chemical potential, phase equilibrium conditions, number of degrees of freedom, phase diagrams. Two-phase equilibrium curves and the Clapeyron equation. Liquid-vapour and solid-vapour curves and the Clausius-Clapeyron equation. The critical point. Order of the phase transitions. Homogeneous mixtures: mixing quantities and partial molar  quantities, the chemical potentials. The chemical reaction: the spontaneity  and equilibrium conditions. Heterogeneous mixtures: the chemical potentials, phase equilibrium and reaction equilibrium contitions, the phase rule.  Gaseous mixtures: ideal gas mixtures; real gas mixtures and Lewis-Randall approximation.Chemical reactions : standard reaction quantities and equilibrium constants. Temperature and pressure dependence of the equilibrium constants.  Condensed homogeneous mixtures: ideal and non-ideal systems, relative activities and activity coefficients. Excess  functions: the enthalpic and entropic contributions. Ideally dilute solutions. The conventions for the reference states in the condensed mixtures.

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento prevede lezioni frontali (comprensive di esercitazioni) per un totale di 68 ore erogate in presenza e contestualmente accessibili via streaming in modalità sincrona on-line via WebEx:

Per le prime 48 ore (24 lezioni): 

https://unito.webex.com/meet/domenica.scarano

Per le ultime 20 ore (10 lezioni) :

https://unito.webex.com/meet/giuliana.magnacca

e due sessioni in presenza da 4 ore ciascuna in laboratorio. Maggiori dettagli saranno forniti durante la prima lezione del Corso.

La frequenza è fortemente consigliata.

Le lezioni e le esperienze di laboratorio saranno contestualmente registrate e messe a disposizione per la consultazione successiva sulla piattaforma Moodle.

Tutto il materiale didattico (appunti, slide, registrazioni) viene reso disponibile sulla pagina Moodle del Corso:

https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/course/view.php?id=509

 

There are a total of 68 hours of lessons (including exercises) to be delivered following the official schedule in the classroom and, simultaneously, on-line via WebEx:

For the first 48 hours (24 lessons):

https://unito.webex.com/meet/domenica.scarano

For the last 20 hours (10 lessons):

https://unito.webex.com/meet/giuliana.magnacca

as well as two sessions (of 4 hour each) in the laboratory. Further details will be given during the first lesson of the Course.  

Attendance is strongly encouraged.

Lessons and lab sessions will be recorded and made available on the Moodle platform.

Teaching Material (lecture notes, slides, recorded videos) will be available on the Moodle page of the Course:

https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/course/view.php?id=509

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Modalità di verifica dell'apprendimento

 

Formato dell'Esame

 

Per chi ha seguito il Corso a partire dall'anno accademico 2020-2021:

L'esame del Corso è in forma scritta e prevede:

2 Quesiti a risposta aperta sugli argomenti trattati nel Corso [max 9 punti ciascuno] 

2 Esercizi numerici [max 5 punti ciascuno]

1 Domanda relativa alle esperienza di laboratorio [max 3 punti]

La somma fa 31 che corrisponde al voto di 30 e lode.

 

Per chi ha seguito il Corso prima dell'anno accademico 2020-2021:

L'esame del Corso è in forma scritta e prevede:

2 Quesiti a risposta aperta sugli argomenti trattati nel Corso [max 9 punti ciascuno] 

2 Esercizi numerici [max 6 punti ciascuno]

La somma fa 30. La lode viene assegnata a chi abbia risposto ai quesiti in modo particolarmente esaustivo. 

In ogni caso, la commissione si riserva di poter valutare la preparazione dei candidati anche attraverso l'uso di un'interrogazione orale.

Modalità dell'esame
Gli esami si svolgeranno in presenza; verrà comunque garantita la modalità on-line per studenti che ricadano nelle categorie previste dall'Ateneo (residenza fuori regione, fragilità di salute, positività al COVID, etc.).

Exam Format 

The exam is in written form with:

2 Open Questions on topics covered during the Course [max 9 points each]

2 Numerical Exercises [max 5 points each]

1 Open Question about the lab experiences [max 3 points]

The sum is 31, which corresponds to the mark of 30 cum laude.

However, the commission reserves the right to evaluate te preparation of the candidates also by oral question.

 

Exam Mode

Depending on the evolution of the current Covid crisis, the exams could take place in presence or on-line. In the case of exams in presence, the on-line mode will be guaranteed for those students who belong to the cathegories defined by the University. 

 

 

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Attività di supporto

Sono previste attività di tutorato relative alla risoluzione di esercizi, erogate tipicamente prima di ciascun appello d'esame.

A tutoring will be provided, in the form of training to solve problems, typically before each exam session.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Vengono forniti gli appunti dei docenti (comprensivi di esercizi svolti), le slide adoperate a lezione e le registrazioni delle lezioni.

Questo materiale copre tutti gli argomenti del Corso e risulta sufficiente alla preparazione dell'esame.

Per ulteriori approfondimenti personali, si consigliano i seguenti libri di testo:

Chimica Fisica di Peter Atkins, Julio De Paula e James Keeler, VI Edizione, Zanichelli

Chimica Fisica di G. K. Vemulapalli, Edises

Physical Chemistry di Ira Levine, VI-th Edition, McGraw-Hill International Editions (in inglese)

 

Lecture notes (including solved exercises) are made available, along with slides used at class and recorded videos of the lessons.

This material covers all topics of the Corse and suffices for an effective preparation for the exam.

For further reading, we suggest the following books:

Chimica Fisica di Peter Atkins, Julio De Paula e James Keeler, VI Edizione, Zanichelli

Chimica Fisica di G. K. Vemulapalli, Edises

Physical Chemistry di Ira Levine, VI-th Edition, McGraw-Hill International Editions (in english)



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Note

Frequenza fortemente consigliata.

Attendance is strongly suggested.

Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    01/10/2021 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    01/05/2022 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 10/11/2021 10:39
    Non cliccare qui!