Insegnamento CHIMICA FISICA 1

Nome del corso di laurea Chimica
Codice insegnamento 55009115
Curriculum Comune a tutti i curricula
Docente responsabile Fausto Ortica
CFU 15
Regolamento Coorte 2024
Erogato Sarà erogato nel 2025/26
Erogato altro regolamento
Informazioni sull'attività didattica
Anno 2
Periodo Primo Semestre
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa integrata
Suddivisione

CHIMICA FISICA 1

Codice 55078808
CFU 8
Docente responsabile Fausto Ortica
Docenti
  • Fausto Ortica
Ore
  • 56 Ore - Fausto Ortica
Attività Base
Ambito Discipline chimiche
Settore CHIM/02
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti 1) TERMODINAMICA: Gas reali; forze intermolecolari; equazioni di stato (van der Waals, Viriale). I tre principi della termodinamica: Lavoro, calore; energia interna; entalpia; capacità termiche; termochimica; entropia; energia libera; potenziale chimico. Equazione di Gibbs-Helmholtz. Equilibrio chimico. Relazioni termodinamiche fondamentali e equazioni di stato termodinamiche. Equazioni di Clapeyron e Clausius-Clapeyron. Soluzioni ideali e reali. Leggi di Raoult e Henry. Stati standard. Diagrammi di fase. Regola delle fasi di Gibbs e applicazioni.
2) MECCANICA QUANTISTICA: Fondamenti della teoria quantistica. Dualismo onda-particella. Principio di De Broglie. Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Quantizzazione. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Operatori e osservabili. Equazione di Schrödinger e sue applicazioni a sistemi semplici: Particella nella scatola; rotatore rigido; oscillatore armonico. L'equazione di Schrödinger per l'atomo di idrogeno. Atomi idrogenoidi. Struttura e spettri atomici.
Testi di riferimento Peter ATKINS, Julio DE PAULA, James KEELER, CHIMICA FISICA (Sesta edizione italiana condotta sull'undicesima edizione americana), Ed. Zanichelli, Bologna (2020).
Obiettivi formativi Come da programma del corso, gli studenti acquisiranno una dettagliata conoscenza di base della Termodinamica Chimica di equilibrio, che è fondamentale in molte aree della Chimica e anche in altre discipline scientifiche, e delle prime basi della Meccanica Quantistica, che sono fondamentali in Chimica.
Per quello che riguarda la Termodinamica, gli studenti alla fine del corso avranno una conoscenza dettagliata dei gas reali, dei Principi ed applicazioni della Termodinamica, dei diagrammi di fase, delle soluzioni ideali e reali. Per quello che riguarda la Meccanica Quantistica, gli studenti alla fine del corso avranno chiare le limitazioni della Meccanica Classica, i fondamenti della Teoria Quantistica, dell'equazione di Schroedinger, dei modelli fondamentali della particella nella scatola, del rotatore rigido e dell'oscillatore armonico, dell'atomo di idrogeno ed atomi idrogenoidi, delle basi della struttura e spettroscopia atomica. Sia nel campo della Termodinamica che della Meccanica Quantistica gli studenti svilupperanno la capacità di risolvere una varietà di problemi numerici. I concetti fondamentali con cui gli studenti diventeranno familiari sono centrali per il proseguimento dei loro studi nel corso di laurea triennale in Chimica.
Prerequisiti Per poter comprendere i contenuti trattati e gli obiettivi di apprendimento è indispensabile che lo studente abbia seguito tutti i corsi di Chimica, Matematica e Fisica del primo anno di studi ed è importante che ne abbia superato i corrispondenti esami.
Metodi didattici - lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso, con anche soluzione di problemi numerici.

- a complemento delle lezioni frontali, verranno tenute due ore di esercitazioni numeriche settimanali svolte dal docente o da un tutor.
Altre informazioni La frequenza è consigliata.
Modalità di verifica dell'apprendimento L'esame complessivo (comprendente entrambi i moduli) dell'Insegnamento di Chimica Fisica 1 prevede la valutazione delle relazioni scritte sulle esperienze di laboratorio (obbligatorie), una prova scritta e una prova orale. La prova scritta e' a stimolo chiuso con risposta aperta e consiste nello svolgimento di n. 6 problemi sui vari argomenti dei due moduli (durata prova: tre ore e mezza). Il superamento della prova scritta e la consegna delle relazioni di laboratorio consentono l'accesso alla prova orale. La prova scritta e' finalizzata a verificare la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, la capacità di comprensione delle problematiche proposte e la capacità di comunicare in modo scritto. La prova orale consiste in una discussione della durata di circa 45 minuti finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunta dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nei programmi dei due moduli. La prova orale consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorico.
L'insieme delle attività di laboratorio e delle prove di esame scritta ed orale consentiranno di verificare il raggiungimento degli apprendimenti attesi in relazione alla formazione professionale della figura di chimico.

Gli studenti e le studentesse con disabilità e/o con DSA sono invitati/e a visitare la pagina dedicata agli strumenti e alle misure previste e a concordare preventivamente quanto necessario con il/la docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).
Programma esteso 1) TERMODINAMICA:
Introduzione al corso. Generalità. Sistemi termodinamici, funzioni di stato, grandezze parziali molari. Forze intermolecolari. Equazioni di stato di sistemi in fase gassosa e condensata. Equazione di van der Waals, stato critico, principio degli stati corrispondenti e valutazione del fattore di compressibilità di gas reali puri e in miscela. Calore; lavoro.
1° Principio della Termodinamica.
Esperienze di Joule. Energia interna; entalpia. Capacità termiche a volume e pressione costante. Pressione interna. Processi isotermi e adiabatici reversibili e irreversibili.
Termochimica: leggi, calorimetria. Entalpie di formazione, combustione, atomizzazione dei composti chimici. Entalpia di legame e di risonanza. Equazione di Kirchhoff. Bilanci termici.
2° Principio della Termodinamica.
Entropia: approccio termodinamico e statistico. Ciclo e teorema di Carnot. Diseguaglianza di Clausius. Entropia come criterio di spontaneità e di equilibrio.
Funzioni ausiliarie: funzioni di lavoro ed energia libera. Condizioni di equilibrio in sistemi chiusi: equazione di Gibbs-Helmholtz. Relazioni termodinamiche fondamentali ed equazioni termodinamiche di stato. Potenziale chimico. Equazione di Gibbs-Duhem.
3° Principio della Termodinamica.
Comportamento della materia in prossimità dello zero assoluto. Entropie assolute e loro utilizzazione.
Applicazioni dei principi della Termodinamica. Sistemi gassosi perfetti e reali: potenziale chimico, fugacità, coefficienti di fugacità.
Sistemi polifase: deduzione termodinamica della regola delle fasi, equazione di Clausius-Clapeyron; leggi di Raoult e di Henry; equazione di Duhem-Margules. Potenziale chimico e convenzioni sugli stati standard nelle soluzioni. Distillazione. Analisi termica. Diagrammi di fase.
2) MECCANICA QUANTISTICA E STRUTTURA ATOMICA
Introduzione. Natura ondulatoria e corpuscolare delle particelle e delle radiazioni. Il corpo nero. Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Esperienza di Davisson e Germer.
Dinamica dei sistemi microscopici e principi della meccanica quantistica. Equazione di Schrödinger. Quantizzazione. Operatori e osservabili. Principio di indeterminazione.
Trattamento di sistemi modello. Particella nella scatola; oscillatore armonico; rotatore rigido bidimensionale e tridimensionale.
Spettri atomici e struttura atomica. Assorbimento, emissione, probabilità di transizione. Trattamento quanto-meccanico per l'atomo di idrogeno e spettro dell'atomo di idrogeno.
Modello vettoriale per sistemi mono- e poli-elettronici; numeri quantici L, S, J; accoppiamenti LS e jj. Quantizzazione spaziale: effetto Zeeman. Deduzione dei termini degli stati fondamentali ed eccitati degli atomi in base al principio di Pauli e alle regole di Hund.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile Il corso si propone di fornire un’educazione di qualità, equa ed inclusiva e dare l'opportunità di apprendimento a tutti, come base per migliorare la vita delle persone e raggiungere lo sviluppo sostenibile.

LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 1

Codice 55078807
CFU 7
Docente responsabile Fausto Ortica
Docenti
  • Fausto Ortica
  • Paola Sassi (Codocenza)
Ore
  • 36 Ore - Fausto Ortica
  • 28 Ore (Codocenza) - Paola Sassi
Attività Caratterizzante
Ambito Discipline chimiche inorganiche e chimico-fisiche
Settore CHIM/02
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
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