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Oggetto:
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Chimica Fisica

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Physical Chemistry

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Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
INT0641B
Docente
Dott. Elisa Borfecchia (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Triennale in Biotecnologie
Anno
1° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
5
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Scritto
Tipologia unità didattica
modulo
Insegnamento integrato
CHIMICA GENERALE, INORGANICA, FISICA (INT0641)
Prerequisiti

Conoscenze di base di Matematica, Fisica e Chimica.


Basic knowledge of Mathematics, Physics and Chemistry.
Propedeutico a

Corsi successivi di ambito Chimico e Biochimico.


Subsequent courses of Chemistry and Biochemistry
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso intende fornire conoscenze chimico-fisiche  di base atte ad interpretare e prevedere il comportamento, in termini termodinamici e cinetici, di sistemi di interesse chimico (inclusi gli ambienti di reazione) e biochimico. In una seconda parte viene evidenziata la comune base quantistica delle principali tecniche spettroscopiche, con particolare riferimento a quelle elettroniche (incluso il decadimento radiativo) e vibrazionali, di cui si illustreranno le principali caratteristiche e l'utilizzo. 

The course intends to provide basic physico-chemical knowledge to interpret and predict the behavior of chemistry (including reaction environments) and biochemical systems in thermodynamic and kinetic terms. In a second part we highlight the common quantum base of the main spectroscopic techniques, with particular reference to electronic (including radiative decay) and vibrational techniques, which will illustrate the main characteristics and use.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Capacità di predire, indirizzare e comprendere il comportamento di sistemi chimici e biochimici, anche moderatamente complessi, in termini termodinamici e cinetici. Conoscenze di base atte alla scelta delle tecniche spettrocopiche opportune per l'analisi qualiativa e quantitativa di sistemi di interesse chimico e biochimico e all'interpretazione (a livello non specialistico) dei risultati.

 

Ability to predict, direct and understand the behavior of chemically and biochemical systems, even moderately complex, in thermodynamic and kinetic terms. Basic knowledge for the choice of suitable spectroscopic techniques for the qualitative and quantitative analysis of systems of chemical and biochemical interest and the interpretation (non-specialist level) of the results.

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Programma

  1. Termodinamica Classica: inquadramento storico e suo svilupp. Giustificazione dell’approccio misto, macro- e micro-scopico, utilizzato nel corso.
  2. Stati della materia. Lo stato gassoso: la legge dei gas perfetti e l’equazione di Van der Waals per i gas reali. Diagrammi PVT. Miscele di gas: frazioni molari, volume e pressione parziali.
  3. Concetti base: (a) sistemi (chiusi, aperti, isolati, ecc.) e grandezze termodinamiche (intensive ed estensive), (b) lavoro di espansione di un gas (finito ed infinitesimo), (c) calore ed energia (definizione e misura).
  4. Il Principio Zeresimo: temperatura e sua misura.
  5. Il Primo Principio e la conservazione dell’energia: energia interna. Calori di reazione (combustione) a volume costante e loro misura sperimentale. Funzioni termodinamiche e funzioni di stato. Perché calore e lavoro non sono funzioni di stato: dimostrazione “fenomenologica”..
  6. Trasformazioni  a P costante: entalpia. Termochimica: misura sperimentale dei calori di reazione, entalpie standard e loro variazioni, equazioni termochimiche. Legge di Hess: enunciazione ed esempi di applicazione.  Calori di soluzione. Dipendenza di H da T: capacità termica e calore specifico, legge di Kirchhoff. Trasformazioni reversibili ed irreversibili e rendimento in termini di calore e lavoro. Energia interna ed entalpia come funzioni di più variabili: dipendenza di U da V e T, e di H da P e T. Calore specifico a P e a V costante. Differenziali esatti e non esatti.
  7. Processi spontanei. Rendimento di una macchina termica e dissipazione dell’energia. L’entropia. Variazioni di entropia associate a cambiamenti di fase, di volume e al mescolamento. Il II Principio. Entropia, disordine e probabilità.
  8. Il III principio. Entropia standard e sua misura. Entropia delle reazioni chimiche. Energia libera di Gibbs. Spontaneità di una reazione chimica.  Dipendenza di G da P e T. Forme differenziali delle equazioni termodinamiche.
  9. Le  miscele e le loro proprietà. Leggi di Raoult ed Henry. Il potenziale chimico. Forme generali delle equazioni termodinamiche fondamentali. Dipendenza del potenziale chimico da P, T e concentrazione. Diffusione e osmosi. La pressione osmotica e la sua importanza in ambito biologico.
  10. Termodinamica  ed equilibrio chimico. Costante termodinamica di equilibrio. Equilibrio e temperatura: Eq. di Van’t Hoff.
  11. Cinetica chimica. Velocità ed ordine di reazione. Legge cinetica e sua integrazione. Determinazione dell’ordine di reazione e della costante cinetica. Velocità di reazione e temperatura: equazione di Arrhenius e suo significato. Importanza degli stati di transizione. Cenni sui catalizzatori eterogenei. Relazione tra costante di equilibrio e costante cinetica. Meccanismi di reazione, con particolare riferimento alle reazioni in serie. Enzimi: struttura e meccanismi di azione. Il meccanismo di Michaelis-Menten.      Diagramma di Lineweaver.
  12. Introduzione alla spettroscopia. Basi chimico-fisico, spettro elettromagnetico e tecniche spettroscopiche. Aspetti pratici ed analitici. Spettroscopia elettronica:  cromofori e loro caratteristiche spettroscopiche. Meccanismi di decadimento: fluorescenza e fosforescenza. Spettroscopia e microscopia in fluorescenza. Cenni su altri tipi di spettroscopie: vibrazionali (IR e Raman), EPR ed NMR.

a) Thermodynamic (classical): principles, methods and uses.

b) Foundations of kinetics and catalysis (included enzimatic).

c) Foundations of electronic and vibrational spectroscopies.

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Modalità di insegnamento

Il corso prevede lezioni frontali alla lavagna con proiezione di diapositive di supporto agli argomenti trattati.

The course consists of frontal lectures on the blackboard with the projection of slides to support the topics covered.
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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame è scritto e comprende sia domande a risposta aperta che quiz a risposta multipla.

 

The exam is written and includes both open-ended questions and multiple choice quizzes.
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Attività di supporto

Sono previste attività (facoltative e comunque subordinate alla disponibilità di un esercitatore) dedicate ad esercitazioni numeriche e a simulazioni o correzione delle prove di esame, da svolgersi al di fuori delle ore di lezione e in aggiunta ad esse (mediamente 6-8 ore in momenti da concordare con gli studenti).

Some activities (optional and subordinate to the availability of a practitioner) are foreseen dedicated to numerical exercises, and simulations or correction of exams, to be held outside the classroom hours and in addition to these (on average 6-8 hours in moments to be ageeded with the students).

Testi consigliati e bibliografia

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Come testo di riferimento (anche se sovradimensionato rispetto agli argomenti trattati a lezione) si consiglia la "Chimica Fisica Biologica, vol. I" di Atkins e De Paula (Zanichelli), in una qualsiasi edizione (anche non recentissima) e in lingua italiana o inglese.

Una buona base per la preparazione dell'esame sono le diapositive/dispense proiettate a lezione, reperibili in anticipo sulle lezioni sul sito dell'insegnamento.

A good reference book is the Atkins-De Paula's "Physical chemistry for the life science" (Oxford University Press, I or II edition).

A good startintng point for thr preparation of the exam are the slides/notes used by the teacher during the lessons, which are already available in advance to the lectures

 



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    Ultimo aggiornamento: 14/11/2022 11:33
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