Scienze Chimiche

Primo principio della Termodinamica. Definizioni, scopi e limiti della Termodinamica. Sistemi termodinamici. Variabili e funzioni di stato. Stato termodinamico. Equilibrio termico, meccanico e chimico. Processi reversibili ed irreversibili. Lavoro meccanico. Primo Principio della Termodinamica. Calore, lavoro e variazioni di energia interna nelle trasformazioni termodinamiche. Capacità termiche. Energia interna e sua dipendenza da temperatura e volume. Gas ideali e gas reali. Entalpia e sue variazione nelle reazioni chimiche. Determinazione di entalpie di processi chimico fisici da misure calorimetriche. Secondo Principio della Termodinamica Irreversibilità degli eventi naturali e la funzione entropia come misura dell'irreversibilità delle trasformazioni termodinamiche; secondo principio della termodinamica. Temperatura termodinamica e ciclo di Carnot. Variazioni di entropia nelle trasformazioni fisiche di gas, liquidi e solidi. Interpretazione dell'entropia in termini statistici, macrostati e microstati. Calcolo del numero di microstati. Equazione di Boltzmann. Entropia e disordine. Entropia di mescolamento. Terzo Principio della Termodinamica Teorema di Nernst ed enunciato di Planck. Cenni alla determinazione sperimentale delle entropie assolute e calcolo dell'entropia assoluta. Equilibrio termodinamico. Potenziale termodinamico; energia libera di Gibbs e di Helmoltz. Transizioni di fase del primo ordine e cenni a quelle di ordine superiore. Diagrammi di fase per sistemi ad un solo componente. Fugacità, attività e potenziale chimico di gas, liquidi e solidi puri. Sistemi a più componenti. Grandezze parziali molari, legge di Gibbs-Duhem. Metodi sperimentali per la determinazione delle grandezze parziali molari. Soluzioni ideali e soluzioni regolari. Proprietà delle soluzioni: pressione osmotica, innalzamento della temperatura di ebollizione, abbassamento della temperatura di fusione. Attività e coefficiente di attività. Regola delle fasi per sistemi a più componenti. Equilibrio chimico in fase omogenea ed eterogenea. Equilibrio chimico. Costante di equilibrio termodinamica e sua variazione con la temperatura. Equilibrio elettrochimico. Potenziale elettrochimico. Potenziali elettrodici standard. Forza elettromotrice: definizione e misura. Celle elettrochimiche ed elettrodi (cenni). Ioni e attività di ioni in soluzione. Teoria delle soluzioni elettrolitiche: teoria di Debye-Hückel (cenni). Cinetica chimica (cenni) Meccanismo di reazione. Molecolarità di una reazione. Velocità di reazione. Ordine di reazione. Costante di equilibrio e costanti di velocità. Velocità di reazione e temperatura. Reazioni fotochimiche. I catalizzatori. Catalisi eterogenea. Catalisi enzimatica. Catalisi omogenea.

Per poter affrontare adeguatamente i contenuti del corso, è altamente consigliabile che gli studenti abbiano già seguito i due corsi di matematica e il primo corso di fisica previsti dal corso di laurea e sostenuto i relativi esami

Daniele Gozzi, Termodinamica Chimica, IV Edizione, Edizioni Nuova Cultura Paolo Silvestroni, Fondamenti di Chimica, qualunque edizione. Daniele Gozzi, Problemi svolti di termodinamica chimica, Edizioni Nuova Cultura

La frequenza delle lezioni dell’insegnamento non è obbligatoria. Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali, esercitazioni numeriche ed esercitazioni sperimentali in laboratorio. Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula e l’esposizione avviene facendo uso della lavagna. Sono previste tre prove di esonero in itinere della durata di due ore. Verranno svolte in aula. Tali prove offriranno allo studente la possibilità sia di verificare la propria preparazione sia di superare l’esame in maniera graduale.

non obbligatoria

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode). La valutazione consiste di una prova orale. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come delle abilità comunicative. Nella prova orale vengono valutati il grado di comprensione degli argomenti trattati e la chiarezza espositiva.

lezioni frontali, esercitazioni numeriche, esperienze di laboratorio con elaborazione dei dati sperimentali.

Primo principio della Termodinamica. Definizioni, scopi e limiti della Termodinamica. Sistemi termodinamici. Variabili e funzioni di stato. Stato termodinamico. Equilibrio termico, meccanico e chimico. Processi reversibili ed irreversibili. Lavoro meccanico. Primo Principio della Termodinamica. Calore, lavoro e variazioni di energia interna nelle trasformazioni termodinamiche. Capacità termiche. Energia interna e sua dipendenza da temperatura e volume. Gas ideali e gas reali. Entalpia e sue variazione nelle reazioni chimiche. Determinazione di entalpie di processi chimico fisici da misure calorimetriche. Secondo Principio della Termodinamica. Irreversibilità degli eventi naturali e la funzione entropia come misura dell'irreversibilità delle trasformazioni termodinamiche; secondo principio della termodinamica. Temperatura termodinamica e ciclo di Carnot. Variazioni di entropia nelle trasformazioni fisiche di gas, liquidi e solidi. Interpretazione dell'entropia in termini statistici, macrostati e microstati. Calcolo del numero di microstati. Equazione di Boltzmann. Entropia e disordine. Entropia di mescolamento. Terzo Principio della Termodinamica. Teorema di Nernst ed enunciato di Planck. Cenni alla determinazione sperimentale delle entropie assolute e calcolo dell'entropia assoluta. Equilibrio termodinamico. Potenziale termodinamico; energia libera di Gibbs e di Helmoltz. Transizioni di fase del primo ordine e cenni a quelle di ordine superiore. Diagrammi di fase per sistemi ad un solo componente. Fugacità, attività e potenziale chimico di gas, liquidi e solidi puri. Sistemi a più componenti. Grandezze parziali molari, legge di Gibbs-Duhem. Metodi sperimentali per la determinazione delle grandezze parziali molari. Soluzioni ideali e soluzioni regolari. Proprietà delle soluzioni: pressione osmotica, innalzamento della temperatura di ebollizione, abbassamento della temperatura di fusione. Attività e coefficiente di attività. Regola delle fasi per sistemi a più componenti Equilibrio chimico in fase omogenea ed eterogenea. Equilibrio chimico. Costante di equilibrio termodinamica e sua variazione con la temperatura. Equilibrio elettrochimico. Potenziale elettrochimico. Potenziali elettrodici standard. Forza elettromotrice: definizione e misura. Celle elettrochimiche ed elettrodi (cenni). Ioni e attività di ioni in soluzione. Teoria delle soluzioni elettrolitiche: teoria di Debye-Hückel (cenni). Cinetica chimica (cenni). Meccanismo di reazione. Molecolarità di una reazione. Velocità di reazione. Ordine di reazione. Costante di equilibrio e costanti di velocità. Velocità di reazione e temperatura. Reazioni fotochimiche. I catalizzatori. Catalisi omogenea. Catalisi enzimatica. Catalisi eterogenea (cenni). Esperienze di laboratorio. 1. Determinazione del calore di combustione dell'acido benzoico. 2. Misura dei calori specifici di metalli. 3. Grandezze termodinamiche di una reazione chimica da misure di forza elettromotrice al variare della temperatura. 4. Determinazione di volumi parziali molari mediante misure di densità di soluzioni acquose.

Prerequisiti necessari per un apprendimento ragionato degli argomenti proposti nell'insegnamento di Chimica Fisica I con Laboratorio sono gli argomenti più importanti dell'insegnamento di Chimica Generale ed Inorganica (sistematica inorganica, tavola periodica degli elementi, concetto di mole, conoscenza dei diversi tipi di concentrazione, bilanciamento delle reazioni, metodo ionico elettronico delle reazioni di ossido-riduzione, legge di azione di massa, proprietà colligative, pH, elettrochimica di base). Inoltre, lo studente deve avere familiarità con le conoscenze di base dell'analisi matematica (derivate e derivate parziali, differenziali, integrali ed equazioni differenziali semplici, studio di funzione).

Non ci sono testi di riferimento; lo studente è libero di scegliere il testo che preferisce. Si consigliano: 1. D. Gozzi - Termodinamica Chimica, Edizioni Nuova Cultura 2. P. W. Atkins, J. de Paula - Chimica Fisica, Zanichelli 3. Dispense sulle esperienze di laboratorio scritte dal Prof. Daniele Gozzi: https://www.chem.uniroma1.it/sites/default/files/allegati_insegnamento/dispense%20labChimFis.pdf 4. Dispense di Cinetica Chimica scritte dal Prof. Guido Gigli: https://www.chem.uniroma1.it/sites/default/files/allegati_insegnamento/cinetica_chimica.pdf

Il corso si sviluppa in ottanta ore di cui cinquantasei frontali dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (principi, modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute), dodici di esercitazioni numeriche, comunque frontali, dove vengono svolti esercizi di termodinamica e di cinetica ed altre dodici di esercitazioni di laboratorio in cui lo studente svolge quattro esperienze pratiche i cui risultati dovranno essere elaborati e riportati in una relazione.

La valutazione avverrà mediante una prova scritta e orale durante la quale lo studente dovrà risolvere dei problemi, discutere una delle esperienze di laboratorio (principi teorici dell'esperienza, materiali, metodi, elaborazione dei dati sperimentali e risultati) e trattare alcuni degli argomenti di termodinamica e di cinetica. Verrà valutata la capacità di analisi, di sintesi e chiarezza di espressione dello studente. Verranno discussi sistemi semplici per valutare la capacità dello studente di inquadrarli nel giusto contesto e scegliere le corrette metodologie di studio.

Per approfondimenti: 1. E. Fermi Termodinamica, Boringhieri (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica) 2. G. N. Lewis, M. Randall Termodinamica, Leonardo Edizioni Scientifiche (disponibile presso la Biblioteca G. Illuminati del Dipartimento di Chimica)

Il corso si sviluppa in ottanta ore di cui cinquantasei frontali dedicate alla trattazione teorica degli argomenti proposti nel programma (principi, modelli teorici, dimostrazioni, applicazioni e limiti delle equazioni ottenute), dodici di esercitazioni numeriche, comunque frontali, dove vengono svolti esercizi di termodinamica e di cinetica ed altre dodici di esercitazioni di laboratorio in cui lo studente svolge quattro esperienze pratiche i cui risultati dovranno essere elaborati e riportati in una relazione.

Struttura delle macromolecole (Chim02 per LM71) 1. Introduzione: • Complessità strutturale delle macromolecole. Concetto di gerarchia. • multiscala delle morfologiche di lunghezza • Tecniche sperimentali applicate per l'esplorazione della struttura macromolecolare. 2. Diffrazione di Raggi X. • Diffrazione e Interferenza, Principio di Huygens–Fresnel. • Definizione di Onda EM, Esperimento di Interferenza di Young. • Reticolo di Diffrazione, Calcolo delle Posizione delle Frange • Raggi X, Proprietà. Scoperte di Lauer e Braggs. • Scoperta di Raggi X. Produzione di Raggi X. • Spettro di Raggi X caratteristico e continuo. 3. Interazioni dei raggi X con la materia • Assorbimento (Lambert Beer Low), Fluorescenza, Diffusione Elastica e Anelastica. • Diffusione di Thomson ad elettroni liberi. Scattering di Compton • Fattore di Forma Atomica • Diffrazione da un sistema poliatomico (Debye Equazione) . Funzione di interferenza. 4. Diffrazione da materiali cristallini (WAXS) • Definizione di Cella Unitaria Cristallina, parametri di cella, Operazione di Simmetria, Reticolo di Bravais, Gruppi Spaziali, Indici di Miller • Legge di Bragg. Diffrattometri. Identificazione di fase. 5. Struttura dei polimeri cristallini/semicristallini. • WAXS di Polimeri. Polimeri amorfi e cristallini. • Polimeri cristallini: identificazione di cella, coefficiente di espansione termica. Deformazione e Strains, Cristallinità; Dimensioni dei cristalliti e distorsioni di reticolo. • Orientamento nei Polimeri (fibre). In-plane orientamento. Orientamento assiale delle fibre. Diffrazione 2D. 6. Scattering (diffusione) a piccoli angoli (SAXS/SANS) • Strumentazione, preparazione del campione, misure, riduzione dei dati. • Concetto di contrasto. Principio di Babinet • Conformazione del polimero nel Bulk. Ordine lamellare. • Soluzioni polimeriche diluite/concentrate. Definizione dei Fattori di Forma/Struttura. Modelli analitici per l'analisi dei dati. Approssimazione Guinier, Raggio di Girazione. Legge di Porod, definizione del Fattore di Forma, Kratky plot.

conoscenza dei concetti di fisica due

Dispense del corso, insieme ai materiali indicati nel programma

Obligatorio di partecipare alle esperienze di laboratorio

La valutazione finale consisterà in una prova orale durante la quale verranno discussi i contenuti del corso, comprese le relazioni di laboratorio.

Il corso si compone di 40 ore di lezioni frontali e 3 esperienze di laboratorio. Le esperienze di laboratorio sono obbligatorie