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CHIMICA FISICA I - Corso A (cognomi A-K)

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PHYSICAL CHEMISTRY I

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Anno accademico 2016/2017

Codice dell'attività didattica
MFN1165
Docente
Prof. Bartolomeo Civalleri (Titolare del corso)
Corso di studi
Chimica e Tecnologie Chimiche
Anno
1° anno
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto
Prerequisiti
Fondamenti di chimica, di analisi matematica, di fisica
Fundamental aspects of chemistry, matematics and physics
Propedeutico a
Chimica analitica, inorganica, organica, dei materiali, industriale
Analitical, inorganic, organic chemistry, material chemistry, industrial
processes
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Sommario insegnamento

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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; partendo dalle leggi  fondamentali, introduce i potenziali termodinamici e le relazioni che li legano; fornisce le condizioni generali di naturalità e di equilibrio nei sistemi chiusi. Descrive le proprietà termodinamiche dei miscugli gassosi, liquidi e solidi; ricava le condizioni specifiche di equilibrio di fase e di reazione; fornisce la capacità di leggere i diagrammi di fase. Descrive le proprietà degli elettroliti.

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 gives the rudiments of the classical thermodynamics. It introduces the concept of state function,starting from the fundamental laws; it introduces the thermodynamic potentials and the relationships among them; it gives the general conditions of naturality and equilibrium in closed systems. The course describes the thermodynamic properties of gaseous, liquid and solid systems; it draws the specific conditions of phase and reactions equilibrium; it gives the ability to read the phase diagramms. It shows the properties of the electrolytes.

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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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Modalità di insegnamento

L'insegnamento prevede lezioni frontali per un totale di 7 CFU (56 ore) e esercitazioni per un totale di 1 CFU (16 ore). La frequenza è fortemente consigliata

The course is based on frontal lessons for a total of 7 CFU (56 hours) and  exercises for a total of 1 CFU (16 hours). The attendance is highly recommended.

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Modalità di verifica dell'apprendimento


Scritto

- L’esame si svolge, di norma, come segue: l’ esame è scritto e si articola in un numero di esercizi e di domande che varia tra 6 e 8 a seconda della complessità dei problemi e della domande poste. tempo a disposizione è di 4 ore. Viene valutata la capacità di impostare correttamente il problema (se viene usata l'equazione giusta), la capacità di elaborare i dati (se i calcoli vengono eseguiti correttamente, se le unità di misura sono quelle giuste), la capacità di spiegare e di commentare quanto scritto. - L’esame prevede: una valutazione in trentesimi


Written 

The written exam will be made of exercises and questions ranging from 6 to 8, according to the different complexity. The available time is about 4 hour. It will be assessed the ability to state a problem (by means of the right equation), the ability to elaborate the data(by making correctly the calculations with the right measurements units, the ability to explain and discuss the obtained data. The valutation will be made in thirtieths.

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Programma

Fondamenti di Termodinamica.
Premesse: proprietà macroscopiche, stato di equilibrio, equazioni di stato
e funzioni di stato.
Lo zeresimo principio e la temperatura empirica. La scala di temperatura
del gas perfetto.
Equazione di stato del gas perfetto. 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.
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 naturalità e di
equilibrio in un sistema chiuso. Il terzo principio
Termodinamica chimica
Sistemi ad un componente: il potenziale chimico, condizioni per
l'equilibrio di fase, gradi di libertà, i diagrammi di fase. Curve di equilibrio
tra due fasi e equazione di Clapeyron. Curve liquido-vapore e solidovapore
e equazione di Clausius-Clapeyron. Punto critico, ordine delle
transizioni di fase.
Miscele omogenne: grandezze di mescolamento, grandezze parziali
molari, i potenziali chimici.
La reazione chimica: spontaneità e condizioni di equilibrio. Miscele
eterogenee


Fundamentals of Thermodynamics
Introduction. Macroscopic properties, equilibrium states, state equations
and state functions
The zeroth law and empirical temperature; the ideal-gas temperature
scale.
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.
Reversibility and irreversibility The second law: entropy and
thermodynamic temperature,. The Helmholtz and Gibbs free energies.
The four Gibbs equations in a closed system.
The spontaneity and equilibrium conditions in a closed system.
The third law.
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 solidvapour
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 in gas phase: 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. Colligative properties.
Methods for determining activity coefficients. The osmotic coefficient.
Chemical reactions in condensed phase.
Two-component phase diagrams. Liquid-vapour equilibrium: zeotropes,
azeotropes and distillation. Miscibility gaps and liquid-liquid equilibrium.
Liquid-solid and solid-solid equilibrium: peritectic and eutectic systems.
Strong electrolyte solutions: chemical potential and mean ionic activity
coefficient, and methods for its determination. Debye - Huckel theory and
the limiting law.

Testi consigliati e bibliografia

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  • Il materiale didattico presentato a lezione sarà disponibile presso il sito web del corso, dove lo studente troverà anche alcuni appunti scritti per esteso degli argomenti trattati a lezione.
  • Non viene consigliato un testo specifico, ma è fortemente consigliata la consultazione di uno buon testo di base di Chimica Fisica per   approfondimenti ed integrazioni. Alcuni suggerimenti: 1) I. N. Levine - PHYSICAL CHEMISTRY – McGraw-Hill International Editions. Chemistry Series. 2) G.K. Vemulapalli - CHIMICA FISICA, EdiSES; 3) P. W. Atkins - CHIMICA FISICA, Zanichelli (IV  edizione). Tutti i testi sono consultabili in biblioteca.


  • Lecture notes of the teacher are available on the website of the course.
  • Although a specific text is not required, further in-depth studies need to refer to some fundamental books including:1) P. W. Atkins - CHIMICA FISICA, Zanichelli (IV o V edizione).2) I. N. Levine - PHYSICAL CHEMISTRY – McGraw-Hill International Editions. Chemistry Series. 3) G.K. Vemulapalli - CHIMICA FISICA, EdiSES. All are available at the library.


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Note

Frequenza fortemente consigliata.

Attendance is strongly suggested.

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Ultimo aggiornamento: 16/05/2016 10:26
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