TERMODINAMICA DEI MATERIALI
cod. 1009697

Anno accademico 2023/24
2° anno di corso - Primo semestre
Docente
Enrico CAVALLI
Settore scientifico disciplinare
Chimica fisica (CHIM/02)
Ambito
Chimica della materia
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
52 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in ITALIANO

Obiettivi formativi

Conoscenze e capacità di comprensione
Acquisizione delle conoscenze fondamentali di termodinamica chimica come strumenti per lo studio delle trasformazioni chimiche e fisiche anche in sistemi complessi. Approccio di base alla cinetica chimica.

Conoscenze e capacità di comprensione applicate
Lo studente sarà in grado di identificare le grandezze chimico-fisiche rilevanti nello svolgimento di processi fisici e chimici, di calcolarne la variazione ai fini di verificare la direzione delle trasformazioni e le energie coinvolte.

Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di definire l’approccio adeguato per la soluzione di un determinato problema chimico-fisico e di reperire in letteratura i dati necessari per arrivare alla soluzione

Abilità comunicative
Il linguaggio della termodinamica è rigoroso: una volta che lo avrà acquisito, lo studente sarà in grado di scambiare le informazioni con colleghi, di scrivere relazioni chiare e precise e di comunicare idee e risultati senza possibilità di errore o fraintendimento.

Capacità di apprendere
Alla fine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze che gli consentiranno di aggiornarsi ed approfondire autonomamente in diverse direzioni, a seconda delle esigenze del percorso didattico e scientifico che si troverà ad affrontare.

Prerequisiti

Conoscenze di base di Chimica Generale ed Analisi Matematica

Contenuti dell'insegnamento

Fondamenti della Termodinamica Classica e Leggi dei gas
Il Primo principio. Entalpia. Termochimica.
II Secondo ed il Terzo Principio. Entropia. Le energie di Helmholtz e Gibbs.
Trasformazioni fisiche delle sostanze pure.
Le miscele. Diagrammi di fase dei sistemi binari. Equilibrio chimico
Elementi di Cinetica Chimica

Programma esteso

Fondamenti della Termodinamica Classica e Leggi dei gas
Sistema termodinamico, Funzioni di stato, Equilibrio termodinamico, Equazione di stato.
Equazione di stato del Gas Ideale. Miscele di gas ideali: legge di Dalton. Gas Reali: deviazioni dal comportamento ideale. Equazione di van der Waals. Diagramma di Andrews e parametri critici.

Il Primo principio.

Scambi di energia fra sistema ed ambiente: calore e lavoro, convenzioni. Principio zero della termodinamica. Capacità termiche e Calori specifici. Il Primo Principio della termodinamica: l’energia interna U e l’equivalenza tra calore e lavoro.

Entalpia.
Relazione fra Cp e Cv. Relazione di Mayer. Coefficiente di Joule-Thomson e Volumi parziali molari. Espansione libera di un gas. Energia interna ed entalpia di un gas ideale. Gas reali: coefficiente di Joule-Thompson. Grandezze intensive ed estensive. I volumi parziali molari.

Termochimica.
Calore di reazione ed equazioni termochimiche. Variazioni di entalpia nelle trasformazioni fisiche e chimiche. Calorimetria. Calcolo dell’entalpia i reazione, HR. Stato standard. Entalpie standard di formazione. Legge di Hess. Legge di Kirchhoff.

II Secondo ed il Terzo Principio.
Entropia come funzione di stato. Processi spontanei e variazione di entropia: disuguaglianza di Clausius. Macchine termiche ed enunciato di Kelvin-Planck. Il Terzo Principio della termodinamica. Calcolo delle entropie standard S delle sostanze pure in condizioni standard. Variazioni di entropia in processi fisici e chimici.

Le energie di Helmholtz e Gibbs.
Principi di spontaneità ed equilibrio. Energia di Gibbs di reazione. Combinazione del primo e secondo Principio. Relazioni di Maxwell. Equazione fondamentale della Termodinamica chimica. Variazione di G con T e P.

Trasformazioni fisiche delle sostanze pure.
Stabilità delle fasi. Transizioni di fase. Regola delle fasi. Diagrammi di fase delle sostanze pure. Equazione di Clapeyron.

Le miscele.
Grandezze molari parziali. Potenziale chimico. Termodinamica del mescolamento. Potenziale chimico dei liquidi. Miscele liquide. Proprietà colligative. Attività.

Diagrammi di fase dei sistemi binari
Diagrammi liquido-vapore. Azeotropi. Diagrammi liquido-liquido. Diagrammi liquido-solido. Cenni sui sistemi ternari.

Equilibrio chimico
Costante di equilibrio. Risposta degli equilibri alle variazioni di T e P. Celle elettrochimiche e potenziali di elettrodo.


Cinetica Chimica
La velocità di reazione. Leggi cinetiche e loro determinazione. Leggi cinetiche integrate. Legge di Arrhenius. Meccanismi di reazione.

Bibliografia

Atkins – De Paula- Keeler
Chimica Fisica
Zanichelli

Metodi didattici

Didattica frontale. E' previsto lo svolgimento di esercizi numerici su argomenti selezionati.

Modalità verifica apprendimento

Esame orale. Durata: 35-40 minuti circa. Saranno affrontati in genere tre argomenti del corso. Non si esclude la possibilità di far risolvere allo studente semplici esercizi del tipo svolto a lezione. Per raggiungere la sufficienza sarà necessario dimostrare di aver acquisito le conoscenze minime relative agli aspetti fondamentali affrontati nel corso. Una quarta domanda potrà eventualmente essere di aiuto come approfondimento per verificare la possibilità di aumentare il voto od assegnare la lode.

Altre informazioni

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