Il corso di Chimica Fisica fornisce allo studente la conoscenza dei concetti fondamentali relativi a termodinamica, cinetica ed elettrochimica dei sistemi chimico-fisici. Tali conoscenze saranno necessarie per la comprensione dei processi che avvengono nei sistemi chimici (e.g. meccanismi di reazione, condizioni ottimali per una sintesi organica, cristallizzazione, distillazione), biochimici (e.g. utilizzo dell'energia, attività degli enzimi) e chimico-farmaceutici (e.g. distribuzione dei farmaci, fattori che incidono sull'interazione farmaco-recettore).

Il corso fornisce inoltre conoscenze basilari sulla struttura molecolare delle sostanze e sulla loro interazione con le onde elettromagnetiche, concetti utili per la comprensione dei metodi spettroscopici, spettrofotometrici e spettrofluorimetrici utilizzati per la determinazione della struttura molecolare e per lo studio della reattività delle sostanze.

1) Energia interna di un sistema, temperatura, teoria dell'equipartizione dell'energia cinetica, modello di Maxwell-Boltzmann

2) Lo stato gassoso, gas ideali, teoria cinetica, equazione di stato, gas reali, fattore di comprimibilità, equazione di stato viriale, equazione di Van der Waals, temperatura di Boyle, temperatura critica, parametri critici

3) Termodinamica, tipi di sistemi, calore e lavoro, principio zero, primo principio della termodinamica, entalpia, capacità termiche, trasformazioni reversibili e irreversibili

4) Trasformazioni dei gas ideali, isobara, isocora, isoterma, adiabatica, trasformazioni cicliche, funzioni di stato, ciclo di Carnot, macchine termiche, rendimento,  macchine frigorifere, coefficiente di prestazione

5) secondo principio della termodinamica, enunciati di Clausius e di Kelvin, definizione di entropia, diseguaglianza di Clausius, definizione statistica di entropia, spontaneità dei processi, energia libera di Helmoltz e di Gibbs, equazione di Gibbs-Helmoltz

6) Termodinamica chimica, passaggi di stato, entalpia ed entropia di transizione di fase, terzo principio della termodinamica, entropia assoluta molare standard, reazioni chimiche, definizione dello stato standard, entalpia standard di reazione, legge di Hess, entalpia standard di formazione, legge di Kirchhoff, entropia standard di reazione, energia libera standard di reazione

7) Equazione fondamentale della termodinamica chimica, potenziale chimico, definizione di ptenziale chimico di un gas, fugacità

8) Equilibrio di fase, sistemi a un componente, regola delle fasi, equazione di Clapeyron, equazione di Clausius-Clapeyron

9) Soluzioni, soluzioni ideali, definizione di potenziale chimico di un liquido puro, definizione di potenziale chimico di un componente in soluzione, legge di Raoult, soluzioni diluite ideali, legge di Henry, diagrammi di fase a due componenti, distillazione semplice e frazionata, miscele azeotropiche

10) Proprietà colligative delle soluzioni, giustificazione termodinamica delle proprietà colligative, innalzamento ebullioscopico,abbassamento crioscopico, osmosi e pressione psmotica

11) Equilibrio chimico, grado di avanzamento, energia libera di reazione, quoziente di reazione, condizione di equilibrio, costante termodinamica di equilibrio, effetto della temperatura

12) Elettrochimica, celle galvaniche, tipi di elettrodo, potenziale standard di riduzione, forza elettromotrice, legge di Nernst, diagrammi di Latimer

13) Cinetica chimica, definizione di velocità di una reazione, equazione cinetica, costante cinetica, ordine di reazione, integrazione di equazioni cinetiche del rimo e secondo ordine, linearizzazione, tempo di dimezzamento, effetto della temperatura, equazione di Arrhenius, energia di attivazione, fattore statistico

14) Meccanismo delle reazioni, reazioni elementari, stato di transizione, complesso attivato, molecolarità, studio dell'equazione cinetica di una reazione multistadio, modello dello stato stazionario, modello del pre-equilibrio, stadio cineticamente determinante, parametri di attivazione secondo il modello dello stato di transizione, principio di correlazione dell'energia libera, principio di Hammond

15) Catalisi, catalisi eterogenea e omogenea, catalisi enzimatica, modello di Michaelis-Menten

16) Modello atomico, spettri di emissione continuo e discontinuo, cenni di meccanica ondulatoria e fisica quantistica, equazione di Schroedinger, orbitali atomici dell'atomo di idrogeno, numeri quantici, momento angolare orbitale, spin di una particella, fermioni e bosoni

17) Atomi polielettronici, configurazione elettronica, aufbau, principio di Pauli, regola di Hund, atomi a guscio chiuso e a guscio aperto, microstati e stati, termini spettrali, stati eccitati, molteplicità di Spin, stati di sngoletto e di tripletto, regole di selezione per le transizioni radiative

18) Molecola, modello del legame di valenza, legami sigma e pi greco, modello dell'orbitale molecolare, approssimazione di Born-Oppenheimer, approssimazione LCAO, orbitali molecolari di sistemi biatomici, stati dell'ossigeno, livelli vibrazionali, livelli rotazionali, rappresentazione della curva di potenziale di uno stato elettronico

19) Cenni di spettroscopia molecolare, campi spettrali, stati eccitati di singoletto e tripletto delle molecole organiche a guscio chiuso,  diagrammi di Jablonsky,assorbimento UV-Vis ed emissione di fluorescenza, fosforescenza, disattivazione degli stati eccitati

Sono necessarie le conoscenze acquisite nei corsi di Chimica Generale e Inorganica, Fisica e Matematica

D1 - Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente dovrà apprendere i principi fondamentali della termodinamica, della cinetica chimica e della strutturistica chimica e comprendere le relazioni che intercorrono tra tali concetti e i principi appresi nel corso di chimica generale, facendo i giusti collegamenti. Dovrà soprattutto apprendere le tecniche matematiche e le approssimazioni tipiche della chimica fisica che ne consentono un utilizzo a fini pratici. Tali abilità verranno valutate attraverso la prova orale.

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare i principi della chimica fisica per interpretare il comportamento di una sostanza in un sistema complesso. In particolare dovrà utilizzare tali principi in campo farmaceutico al fine di interpretare le proprietà chimiche e biologiche dei farmaci. Tali abilità verranno valutate attraverso la prova orale.

D3 - Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di focalizzare l'aTali abilità verranno valutate attraverso la prova orale.ttenzione sui modelli chimico-fisici da utilizzare per risolvere un determinato problema reale o per interpretare una collezione di dati sperimentali, ossia dovrà, in modo autonomo, capire a quale sezione della chimica teorica ricorrere per risolvere un problema. Queste abilità verranno verificate sia con la prova scritta che attraverso domande orali mirate di tipo applicativo. Tali abilità verranno valutate attraverso la prova scritta.

D4 - Abilità comunicative. Lo studente dovrà essere in grado di descrivere i principi e i concetti appresi durante il corso esprimendosi chiaramente, con termini appropriati e con esempi opportuni. Tale abilità verrà valutata durante il colloquio orale.

D5 - Capacità di apprendimento. Lo studente dovrà essere in grado di costruire il suo percorso di crescita scientifica in maniera critica ed autonoma, essendo in grado di utilizzare correttamente il materiale di studio fornito dal docente e il materiale di approfondimento che lui stesso potrà procurarsi. Queste abilità, per quanto possibile, verranno stimolate dal docente proponendo approfondimenti e fornendo esercizi da risolvere a casa durante il corso, che poi verranno spiegati e discussi durante le lezioni.

Il materiale didattico predisposto dalla/dal docente in aggiunta ai testi consigliati (come ad esempio diapositive, dispense, esercizi, bibliografia) e le comunicazioni della/del docente specifiche per l'insegnamento sono reperibili all'interno della piattaforma Moodle › blended.uniurb.it

Esercizi numerici in classe

Modalità didattiche

Lezioni frontali e risoluzione di esercizi numerici.

Tutte le lezioni si svolgeranno in presenza.

Obblighi

Frequenza non obblicatoria ma fortemente incoraggiata

Testi di studio

Peter William Atkins Julio de Paula

Elementi di chimica fisica

Quarta edizione italiana condotta sulla settima edizione inglese 2018

ISBN: 9788808220684

Modalità di
accertamento

La verifica dell'apprendimento che ha lo scopo di accertare l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese avviene attraverso il solo esame finale che consiste in una prova scritta e una prova orale.

La prova scritta consiste nella risoluzione di cinque esercizi numerici. tre di termodinamica, uno di elettrochimica e uno di cinetica chimica. Gli esercizi  saranno redatti secondo tipologie analoghe agli esercizi svolti in aula dal docente. la valutazione della prova scritta viene formulata da un voto in trentesimi. La durata della prova scritta è di 2 ore.

la prova orale è riservata agli studenti che hanno superato la prova scritta con almeno 18. riguarda domande di termodinamica, cinetica e strutturistica atomica e molecolare in linea con quanto esposto a lezione dal docente.

Il voto finale, che tiene conto degli esiti della prova scritta e della prova orale, viene erogato in trentesimi e riflette la valutazione complessiva del candidato.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.

Modalità didattiche

Gli studenti non frequentanti possono seguire il corso consultando la piattaforma piattaforma Moodle › blended.uniurb.it e interagire con il docente formulando domande sul programma e sulla risoluzione di esercizi via mail

Obblighi

Frequenza non obblicatoria mafortemente incoraggiata

Testi di studio

Peter William Atkins Julio de Paula

Elementi di chimica fisica

Quarta edizione italiana condotta sulla settima edizione inglese 2018

ISBN: 9788808220684

Modalità di
accertamento

La verifica dell'apprendimento che ha lo scopo di accertare l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese avviene attraverso il solo esame finale che consiste in una prova scritta e una prova orale.

La prova scritta consiste nella risoluzione di cinque esercizi numerici. tre di termodinamica, uno di elettrochimica e uno di cinetica chimica. Gli esercizi  saranno redatti secondo tipologie analoghe agli esercizi svolti in aula dal docente. la valutazione della prova scritta viene formulata da un voto in trentesimi. La durata dellaproca scritta è di 2 ore.

la prova orale è riservata agli studenti che hanno superato lo scritto con un voto di almeno 18. riguarda domande di termodinamica, cinetica e strutturistica atomica e molecolare in linea con quanto esposto a lezione dal docente.

Il voto finale, che tiene conto degli esiti della prova scritta e della prova orale, viene erogato in trentesimi e riflette la valutazione complessiva del candidato.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.