D1) Conoscenza e capacità di comprensione
La frequenza al corso consentira' agli studenti di:
- acquisire le conoscenze di base ed il linguaggio della termodinamica classica e comprendere la connessione fra i concetti generali della termodinamica classica e i fenomeni di interesse piu' specificamente chimico
- acquisire le conoscenze di base della cinetica chimica e le leggi empiriche che regolano la velocita' delle reazioni chimiche.

D2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di:
- applicare le conoscenze acquisite per interpretare i principali processi di interesse chimico in termini termodinamici;
- valutare la spontaneità di un processo chimico
- prevedere l’influenza di temperatura e pressione sui processi di interesse chimico
- valutare gli aspetti cinetici generali di un processo chimico

D3) Autonomia di giudizio
Lo studente sara’ in grado di sfruttare i concetti astratti acquisiti per inquadrare correttamente problemi semplici inerenti gli argomenti di termodinamica e di cinetica trattati nel corso.

D4) Abilità comunicative
Acquisizione e utilizzo del linguaggio specifico rigoroso per poter esporre correttamente gli argomenti di termodinamica e di cinetica trattati nel corso

D5) Capacità di apprendimento
I concetti di base della termodinamica classica e della cinetica empirica acquisiti durante il corso rappresenteranno un background con cui affrontare aspetti specifici di studi successivi in diverse discipline.

Per seguire proficuamente il corso è importante che lo studente possieda un background di matematica di base comprendente derivate, integrali, funzioni di una o piu' variabili, semplici equazioni differenziali.
Per sostenere l'esame del corso di Chimica Fisica è necessario aver superato gli esami di "Chmica Generale e inorganica" e di "Matematica e statistica" .

TERMODINAMICA CLASSICA. Introduzione ala TD classica: sistemi, variabili di stato, processi reversibili e irreversibili. Primo principio della Termodinamica. Calore, lavoro ed energia interna. Variazioni di energia interna. Entalpia. Variazioni di entalpia. Capacità termiche. Termochimica. Variazioni di entalpia standard di processi chimici. Entalpia standard di formazione. Calcolo dei calori di reazione. Calorimetria. Secondo principio della Termodinamica. L' entropia e criterio di spontaneità di un processo. Variazioni di entropia in processi fondamentali. Il criterio di spontaneità a P,T costanti. Energia di Gibbs. Dipendenza di G da P e T. Energia di Gibbs molare per un gas ideale. Equilibri di fase nelle sostanze pure. Dipendenza della stabilità delle fasi dalle condizioni. Posizione dei confini di fase. Diagrammi di stato e loro interpretazione. Le miscele semplici. Grandezze parziali molari. Soluzioni ideali e legge di Raoult. Soluzioni diluite ideali e legge di Henry. Le proprietà colligative: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, pressione osmotica. Diagrammi di fase per sistemi binari. Miscele liquide: diagrammi P-composizione e T-composizione. Miscele solide : diagrammi con eutettico. Le miscele reattive. Trattamento termodinamico dell’equilibrio chimico. Grado di avanzamento di una reazione. Energia di Gibbs di reazione. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Effetto delle condizioni sull’equilibrio. CINETICA CHIMICA EMPIRICA La velocità delle reazioni chimiche. Definizione di velocità e legge di velocità. Leggi cinetiche differenziali e integrate. Dipendenza della velocita' dalla Temperatura e legge di Arrhenius. Meccanismi di reazione, le reazioni elementari e le reazioni multistadio. L’approssimazione dello stato stazionario. Il meccanismo di Michaelis- Menten per la catalisi enzimatica. I contenuti dell’insegnamento sono coerenti con gli obiettivi formativi così come riportati all’Articolo 4 e Allegato C del Regolamento Didattico del Corso di Studi.

Peter Atkins, Julio de Paula, "Elementi di chimica fisica", 4^ ed.
Italiana, ed. Zanichelli, Bologna, 2022.
Peter Atkins, Julio de Paula, James Keeler "Chimica fisica", 6^ ed.
Italiana, ed. Zanichelli, Bologna, 2023

Termodinamica classica
Sistema termodinamico e ambiente. Stato di un sistema e proprietà termodinamiche. Processo reversibile e irreversibile.
- Il primo principio della Termodinamica.
Lavoro, calore ed energia interna. Il lavoro di volume. Lavoro reversibile ed irreversibile. Il calore. La capacità termica. Energia interna. Formulazione del I principio della Termodinamica. Entalpia. Variazioni di entalpia con la Temperatura.
- Termochimica
Legge d' Hess. Entalpie standard di formazione. Entalpia standard di reazione. Calorimetri adiabatici e misura dei calori di reazione. Variazione dell'entalpia standard con la temperatura e legge di Kirchhoff.
- Il secondo principio della Termodinamica.
La direzione di un processo spontaneo. Entropia e II principio. Variazioni di entropia in processi caratteristici. Criterio di spontaneità a T e P costanti.
- L’ energia di Gibbs.
Criterio di spontaneita' a T e P costanti. Definizione di energia di Gibbs. Le proprietà di G: variazione di G con P. Variazione di G con T : equazione di Gibbs-Helmholtz. Energia di Gibbs molare.
- Le trasformazioni fisiche delle sostanze pure
La stabilità delle fasi. I confini di fase. Equilibrio tra le fasi di una sostanza pura. Posizione dei confini di fase ed equazione di Clapeyron. I diagrammi di fase delle sostanze pure.
- Le miscele semplici
Sistemi a piu’ componenti e grandezze parziali molari. Dipendenza dell’energia di Gibbs dalla composizione. Il potenziale chimico di un componente in fase liquida. La legge di Raoult. Soluzioni diluite ideali e legge di Henry. Regola delle fasi di Gibbs. Le proprietà colligative: abbassamento crioscopico, innalzamento ebullioscopico, pressione osmotica.
- Diagrammi di fase per sistemi a due componenti.
I liquidi. Diagrammi della P di vapore. Diagrammi temperatura-composizione. La distillazione delle miscele liquide. Gli azeotropi. I solidi. I diagrammi di fase con eutettico.
- Trattamento termodinamico dell’equilibrio chimico
Grado di avanzamento di una reazione. Variazione dell’energia di Gibbs con il grado di avanzamento della reazione. Costante di equilibrio ed energia di Gibbs standard di reazione. Effetto della temperatura sulla costante di equilibrio ed equazione di van't Hoff. Effetto della pressione.

Cinetica chimica
- La velocita di reazione. Legge di velocità e costante di velocità. Ordine di reazione. Le leggi cinetiche differenziali e integrate : reazioni di ordine zero, di primo ordine e di secondo ordine. Il tempo di dimezzamento.
- Dipendenza della velocita' dalla Temperatura e legge di Arrhenius. Cenni alla teoria degli urti e alla teoria dello stato di transizione
- Meccanismi di reazione.
Processi elementari e leggi di velocità dei processi elementari. Le reazioni consecutive. L'approssimazione dello stato stazionario. Il pre-equilibrio. La catalisi enzimatica e il meccanismo di Michaelis- Menten.

L'insegnamento consta di lezioni teoriche svolte in aula . Vengono derivati e discussi alla lavagna tutti i passaggi formali. Alla fine di specifici argomento vengono svolti alla lavagna alcuni esercizi numerici. Le slides utilizzate durante il corso sono messe a disposizione degli studenti sulla piattaforma MOODLE.

Eventuali cambiamenti alle modalità di erogazione della didattica, che si rendessero necessari per garantire l'applicazione dei protocolli di sicurezza legati a eventuali situazioni emergenziali, saranno comunicati nel sito web di Dipartimento, del Corso di Studio e dell'insegnamento.

La verifica dell’apprendimento avviene mediante una prova orale. La prova orale consiste in almeno due quesiti di termodinamica e almeno un quesito di cinetica. Gli studenti devono dimostrare di aver acquisito : il linguaggio e la terminologia tecnica corretti ; i concetti fondamentali trattati nel corso; la capacità di esporre gli argomenti in modo chiaro e seguendo la logica corretta. Il voto dell’esame si basa sulla valutazione della prova orale ed è espresso in trentesimi. La griglia di valutazione adottata è la seguente: - Eccellente (30 - 30 e lode): ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, ottima capacità analitica. - Molto buono (27 - 29): buona conoscenza degli argomenti, notevole proprietà di linguaggio, buona capacità analitica. - Buono (24-26): buona conoscenza dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio; lo/la studente/essa mostra una adeguata capacità analitica. - Soddisfacente (21-23): lo/la studente/essa non mostra piena padronanza degli argomenti principali dell'insegnamento, pur possedendone le conoscenze fondamentali; mostra comunque soddisfacente proprietà di linguaggio e sufficiente capacità analitica. - Sufficiente (18-20): minima conoscenza degli argomenti principali dell'insegnamento e del linguaggio tecnico, limitata capacità analitica. - Insufficiente: lo/la studente/essa non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti dei diversi argomenti del programma. Eventuali cambiamenti alle modalità diverifica, che si rendessero necessari per garantire l'applicazione dei protocolli di sicurezza legati a eventuali situazioni emergenziali, saranno comunicati nel sito web di Dipartimento, del Corso di Studio e dell'insegnamento.

Non applicabile