Corso di laurea in Chimica e Tecnologie Chimiche

Il corso si propone di fornire agli studenti: Fondamenti sulle interazioni intermolecolari e di cinetica chimica fenomenologica, e cenni sui fenomeni di trasporto.

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 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

L'esame si svolge, di norma, come segue: L’esame si svolge in forma scritta e comprende domande 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. Per la valutazione finale in trentesimi non si peserà ogni esercizio con un punteggio fisso ma il risultato finale deriva da una analisi integrata dell’elaborato basata su: stile e chiarezza nella elaborazione dei concetti, cura e rigore numerico nello svolgimento degli esercizi numerici con particolare riferimento all’uso corretto delle unità di misura. Lo
svolgimento dei passaggi per raggiungere una formula finale è considerato fondamentale per mostrare la comprensione dei concetti. Il docente potrà ritenere insufficiente un elaborato quando alcuni concetti fondamentali, di cui si è data ampia discussione durante le lezioni in aula, non siano corretti, indipendentemente dallo svolgimento di altri esercizi.

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

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.
E’ fortemente consigliato l’utilizzo del seguente materiale per
approfondimenti e integrazioni: nessuno
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

Parti non svolte nell’AA 2013-2014 e che non saranno oggeto di esame
• Interfacce e tensione superficiale.
• Membrane e cristalli liquidi.
• Sistemi lontani dall’equilibrio: produzione di entropia, forze e flussi
generalizzati, legge fenomenologica lineare.
• Trasporto di calore.
• Trasporto di materia (fenomeni idrodinamici; diffusione passiva).
Sovrapposizione di più flussi.
• Fenomeni termo-diffusivi.
• Stati stazionari e di equilibrio.