ECTS - University of Pisa
Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze sui principali argomenti della termodinamica chimica. In particolare, sulla spontaneità dei cambiamenti chimici e fisici, sugli equilibri di fase per i sistemi ad uno e più componenti e sulle le proprietà di soluzioni e miscele. Avrà appreso il significato delle funzioni entropia e energia libera e il concetto di potenziale chimico come driving force delle transizioni di fase e della reazione chimica. Avrà infine appreso i metodi di misura delle principali grandezze chimico fisiche e imparato a utilizzare la strumentazione necessaria
The student who successfully completes the course will know the main topics of chemical thermodynamics. In particular the origin of the spontaneity of physical and chemical change; entropy and Gibbs free energy as a messure of this spontaneity; the chemical potential as the driving force of phase transition and chemical reaction. Finally, she/he will learn how to measure the main physical chemical quantities and to use the necessary instrumentation.
Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte esercitazioni in aula con il diretto coinvolgimento degli studenti e prove in itinere. Saranno inoltre valutati i risultati ottenuti nelle singole prove di laboratorio.
To assess the acquired knowledges, classes of exercises and in progress tests will be held. Laboratory reports will be evaluated.
Lo studente sarà in grado di discutere gli argomenti presentati nel corso e di utilizzare i concetti acquisiti per risolvere semplici problemi. Sarà inoltre in grado di utilizzare correttamente la strumentazione per la misura delle principali proprietà chimico-fisiche, di presentare una relazione scritta sull'attività svolta in laboratorio e di elaborare e valutare criticamente i dati e i risultati ottenuti.
The student will be able to use the acquired concepts for solving simple problems and in the oral presentation of the course topics. She/he will able to properly use laboratory instrumentation; to present a written report on the activity carried out; to critically process the data and evaluate the obtained results.
Lo studente dovrà risolvere alcuni problemi che gli saranno proposti e discutere una presentazione orale su argomenti del corso. Dovrà altresi presentare una relazione scritta sulle attività di laboratorio.
The student will have to solve some problems proposed by the teacher and orally discuss the course topics. He will present a written report on the laboratory activities.
Lo studente acquisirà sensibilità al metodo scientifico, accuratezza e precisione nell'attività sperimentale, senso critico nella raccolta e nell'analisi dei dati, capacità di lavorare in gruppo, attenzione alle problematiche di sicurezza in laboratorio.
The student will acquire sensitivity to the scientific method, accuracy and precision in experimental activity, critical sense in data collection and analysis, ability to work in groups, and sensitivity to laboratory safety issues.
Saranno richieste agli studenti delle brevi relazioni sugli argomenti trattati. Durante il lavoro di laboratorio sarà valutata la sua accuratezza e precisione nelle attività svolte e la sua capacità di lavorare in collaborazione con altri studenti.
Students will be asked for short reports on the topics discussed. During the laboratory activities, her/his accuracy and precision will be evaluated as well as the ability to work in collaboration with other students.
Lo studente dovrà aver acquisito i contenuti dei corsi di matematica, fisica, chimica generale.
Il superamento dell'esame di chimica generale è requisito necessario per partecipare alle esperienze in presenza in laboratorio.
Mathematics, physics, general chemistry
Il corso è costituito da lezioni frontali e da esperienze da condurre in laboratorio. Le lezioni frontali sono svolte con l'ausilio di slides. Saranno inoltre svolte esercitazioni in aula, anche telematica, con il coinvolgimento diretto degli studenti. Le esperienze di laboratorio vengono effettuate in gruppi di tre/quattro studenti.
E' consigliata la frequenza alle lezioni. La frequenza è obbligatoria per le lezioni sugli argomenti di laboratorio e agli esperimenti svolti in laboratorio. Gli studenti potranno richiedere ricevimenti su appuntamento. Le comunicazioni avverranno per posta elettronica e sul portale e-lerning
The course consists of face to face lectures, classes of exercises, and laboratory experiments. The students are divided in groups (3-4 students) to perform the laboratory experiments.
It is advisable to attend lessons but attendance is mandatory for laboratory activities and for lessons related to laboratory activities. Students should request meetings by appointment. The teacher uses e-mail and e-learning portal to communicate with students.
Il corso affronta i principi fondamentali della termodinamica e della cinetica chimica:
Il sistema termodinamico, le proprietà termodinamiche, le funzioni di stato; il principio zero e il concetto di temperatura; le proprietà dei gas ideali e reali e le leggi per descriverle; il primo principio della termodinamica e i concetti di energia, calore e lavoro; l'entalpia e la capacità termica; l'entalpia di reazione e la termochimica.
Approfondimenti sul primo principio della termodinamica: pressione interna, espansibilità, compressibilità; coefficiente di Joule Thomson. Il secondo principio della termodinamica: il verso della trasformazione spontanea e l'entropia. Il terzo principio della termodinamica e l'entropia assoluta. La funzione energia libera: energia di Helmoltz e di Gibbs e le loro proprietà dell'energia libera; il potenziale chimico; l'equilibrio di fase e i diagrammi di stato; influenza delle variabili esterne sulle transizioni di fase. Miscele e soluzioni; il potenziale chimico in soluzione; attività dei soluti e stati di riferimento; le proprità molari parziali; le proprietà colligative; i diagrammi di fase a due componenti. Energia libera di reazione e equilibrio chimico; la risposta dell'equilibrio chimico alle variabili esterne.
La cinetica chimica; la velocità di reazione e le tecniche di misura; le leggi cinetiche e la loro relazione con il meccanismo di reazione.
Verranno inoltre svolte alcune esperienze di laboratorio: 1) energia libera di superficie e tensione superficiale, misura della concentrazione micellare critica; 2) viscosità delle soluzioni, misura del peso molecolare di un polimero; 3) cinetica delle reazioni di equilibrio del primo ordine, determinazione della costante cinetica e della costante di equilibrio; 4) misura della tensione di vapore in funzione della temperatura e determinazione dell'entalpia di vaporizzazione; 5) misura del calore di combustione; 6) diagrammi della pressione di vapore nei sistemi a due componenti e determinazione dei piatti teorici di una colonna di distillazione; 7) misura della densità e determinazione dei volumi in eccesso di miscela.
Some remarks on the first law of thermodynamics: changes in internal energy; internal pressure, expansibility; compressibility; Joule Thomson coefficient. The second law: the direction of spontaneous change; entropy. The third law of thermodynamics; absolute entropies. Free energy: the Helmoltz and Gibbs energies; chemical potential; phase equilibrium and phase diagrams; the dependence of phase stability on the conditions. Solutions and mixtures; chemical potential in solution; activities and standard states; partial molar quantities; colligative properties; phase diagrams of binary mixtures. Free energy of reaction and chemical equilibrium; the response of equilibria to external conditions.
Some experiments will also caried out: 1) surface tension and critical micellar concentration; 2) viscosity and determination of the viscometric molecular weight of a polymer; 3) first order equilibrium kinetics; 4) dependence of vapour pressure of a pure liquid on the temperature and determination of the vaporization enthalpy; 5) heat of combustion; 6) phase diagrams of binary mixtures and determination of the number of theoretical plates; 7) density and excess volumes.
Peter Atkins, Julio De Paula Chimica Fisica Zanichelli. Peter Atkins, Julio De Paula Physical Chemistry Oxford University Press. Ulteriore bibliografia sarà eventualmente indicata. Le slides di presentazione del corso e le dispense sul corso di laboratorio sono disponibili sul portale e-learning.
Peter Atkins, Julio De Paula Physical Chemistry Oxford University Press. Further Bibliography will be available for the students. Powerpoint presentations and lecture-notes are available on e-learning portal.
L'esame è costituito da una prova scritta, da una prova orale e dalla redazione di report sulle attività di laboratorio. La prova scritta consiste di alcuni problemi su argomenti del corso che il candidato dovrà risolvere. La prova è superata se lo studente avrà risolto i problemi in modo sufficientemente corretto. Il candidato dovrà inoltre fornire un testo chiaro e ordinato. Una volta superata, la prova è valida per due appelli d'esame successivi. La prova scritta può essere sostituita da tre prove in itinere su argomenti svolti fino a quel momento nel corso. Ogni prova è superata se lo studente avrà risolto i problemi in modo sufficientemente corretto. Il candidato dovrà inoltre fornire un testo chiaro e ordinato. Il risultato delle prove in itinere è valido per tutto l'anno. La prova orale consiste in una discussione tra il candidato e il docente delle durata media di 30-40 minuti. Riguarda gli argomenti trattati nel corso e gli esperimenti svolti in laboratorio con discussione dei relativi reports. La prova orale non avrà esito positivo se il candidato non risponderà correttamente a domande concernenti argomenti fondamentali del corso. Il candidato dovrà inoltre dimostrare di essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia scientifica corretta.
The exam consists of a written test, an oral exam, and the preparation of written reports on the laboratory activities. The written test consists of some problems on the topics of the course. The test is successful if the student will solve the problems in a sufficiently correct manner. The candidate must also provide a clear and orderly text. A successfull test is valid for two subsequent calls. The written test can be replaced by three in progress tests. Each test is successful if the candidate will solve the problems in a sufficiently correct manner and provide a clear and orderly text. Successful test in progress are valid for one year. The oral exam consists of a discussion between the candidate and the teacher of an average duration of 30-40 minutes. It concerns the topics of the course and the experiments carried out in the laboratory. The oral exam will not be successful if the candidate does not answer correctly questions about the core subjects of the course. The candidate must express himself clearly and use the correct scientific terminology.
