- Oggetto:
- Oggetto:
CHIMICA FISICA III
- Oggetto:
PHYSICAL CHEMISTRY III
- Oggetto:
Anno accademico 2014/2015
- Codice dell'attività didattica
- MFN1168
- Docente
- Prof. Piero Ugliengo (Titolare del corso)
- Corso di studi
- Chimica e Tecnologie Chimiche
- Anno
- 2° anno
- Tipologia
- Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- CHIM/02 - chimica fisica
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Obbligatoria
- Tipologia d'esame
- Scritto
- Prerequisiti
-
Matematica
Fisica
Chimica generale ed inorganica
Chimica Organica
Chimica FisicaMathematics
Physics
General and inorganic chemistry
Organic chemistry
Physical Chemistry - Propedeutico a
-
Nessuna propedeuticita'The course is not preparatory to future course
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire agli studenti: Fondamenti sulle interazioni intermolecolari e di cinetica chimica fenomenologica, e cenni sui fenomeni di trasporto.
The course provides foundations on intermolecular interactions and phenomenological chemical kinetics with some hints on transport phenomena.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
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 chemisorzioneThe student should be able to understand the meaning of:
• Electrostatic interactions
• Dispersive forces and their role in condensed phases
• Polarization
• Hydrogen bond and its main features
• Thermodynamics of the interaction
• Trouton law
• Elementary chemical step
• Reaction mechanism
• Activation energy of a chemical process
• Reaction order
• Stationary state approximation
• catalyzed reactions
• Adsorption and the Langmuir isotherm
• BET isotherm
• Reactions at surfaces
• Langmuir mechanism
• Rideal mechanism
• Reaction molecularity
• rate of a chemical reaction
• Rate determing step
• Reaction half-time
• Kinetic versus thermodynamic control
• Enzyme catalysis
• Enzymatic inhibition
• Physisorption and chemisorption- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
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.Student examination is run as a written test. It includes questions related to important concepts explained in the lectures and numerical exercises.
Simple numerical elaboration of experimental data is also required. This includes the ability to make a manual linear best fit to a set of experimental data. The final evaluation will not be a simple sum of the score of each excercise. Rather, the final score is based on a global evaluation of the test based on: clarity of the written style, proper and rigorous handling of numerical and measurement units in the exercises.
The needed formal steps to arrive to a final formula are also required.
The teacher may evaluate a test as insufficient when serious flaws are found on basic important concepts (explained many times during the lectures) despite the correctness of other points.- Oggetto:
Programma
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: 4Intermolecular interactions. Short and long range interactions. Coulomb law. Ion-ion interactions. Madelung constant in ionic systems. Electric dipole. Ion-dipole interaction. Idration radius. Permanent dipole-dipole interactions. Keesom interactions. Free energy of interactions. Electric multipoles and their interactions. Induced dipole-dipole interactions. Atomic and molecular polarizabilities. Semiclassic treatment of London dispersive interactions. van der Waals solids and liquids. Total and repulsive interactions. The hydrogen bond. Role of dispersion forces in hydrogen bond adducts. Thermodynamic aspects of intermolecular interactions.
Trouton rule. Interactions strength in gas, liquids and solids. Crystalline, amorphous and polymeric materials. Material properties derived from atomic features. Hours: 12
Introduction to chemical kinetics. Relationships between kinetics and
thermodynamics. Intuitive examples on the kinetic control of reactions.
Operational definition of reaction rate. Kinetics and stoichiometry.
Relationship between reaction rate and stoichiometric coefficients. Hours: 4 .
Empirical reaction order. Relationship between reaction order and
stoichiometric coefficients. Methods to determine the kinetic law.
Isolation method. Method of the initial angular coefficients. Hours: 4
Elementary reactions. Molecularity. Kinetic equations for elementary
reactions. Relationship between reaction order and molecularity. Hours: 4
Integrated kinetic laws. Zero order reactions. First order reaction. Second
order reaction. Comparison between first and second order reaction.
Experimental problems in determining the correct order. Reactions close
to equilibrium. Relationship between semireaction kinetic constants and
thermodynamic one. Hours: 4
Radioactive decay as first order process. Radiation dating. Consecutive
reactions. Exact analytical solution. Stage determining the reaction rate. Hours: 2
Stationary state approximation. Temperature and reaction rate.
Arrhenius law. Genralized Arrhenius law. Hours: 4
Pre-equilibrium reactions. Third-order reaction. Negative activation
energy. Techniques to study ultrafast reactions. Flux techniques.
Relaxation methods. Hours: 4
First order competitive reactions. Thermodynamic control. Kinetic control.
Unimolecular reactions. Lindelmann-Hinshelwood mechanism. Hours: 4
Kinetics at surfaces: adsorption. Physisorption, chemisorption. Langmuir
isotherm. BET isotherm. Hours: 4
Catalysis and surfaces. Molina's mechanism for the stratospheric ozone
distruction. Ice as a catalyst. Hours: 2
Isosteric adsorption enthalpy. Adsorption rate. Sticking probability.
Desorption rate. Hours: 2
Enzyme as a catalysts. Lineweaver-Burk equations. Reactions catalyzed
by enzymes. Detailed example of enzymatic reactions. Serine proteinase:
action mechanism. Enzymatic inhibition (competitive, acompetitive, noncompetitive).
Detail example of linearization. Hours: 4Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
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=fflbThe teaching material is availbale on the web site. Reccommended
textbook are:
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.
A number of website are provided. In general wikipedia is a good source
of information provided that the student will check carefully against more
official sources the correctness of the concepts.
Important Links:
http://www.nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=784
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/ertlslides.pdf
Enzyme catalysis
http://www.youtube.com/watch?v=hR38o2Ec8b0&feature=related
Oscillatory reactions
http://en.wikipedia.org/wiki/Belousov%E2%80%93Zhabotinsky_reaction
http://www.youtube.com/watch?v=4I8bnMUv08U
http://www.youtube.com/watch?v=3JAqrRnKFHo
Logistic map
http://it.wikipedia.org/wiki/Mappa_logistica
Ammonia synthesy
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
Stratosferic ozone destruction
http://oceanworld.tamu.edu/resources/environmentbook/stratosphericozone.html
https://www.google.it/search?q=lacche+per+capelli+anni+60&ie=utf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:it:official&client=firefoxa&channel=fflb- Oggetto:
Note
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.Some concepts have not been explained during lectures in 2013-2014
and will not be considered as topics for the written examination.
Interfaces and surface tension. Membranes and liquid crystals. System
far from equilibrium. Production of entropy, generalized forces and fluxes,
linear phenomenological law. Heat transport. Matter transport
(hydrodynamics phenomena; passiv diffusion). Fluxes overlap. Thermodiffusive
phenomena. Stationary and equilibrium states.- Oggetto: