Chimica fisica iii
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'obiettivo dell'insegnamento e' di completare la preparazione di base della Chimica Fisica, fornendo una sistematica e dettagliata interpretazione microscopica della termodinamica e dello stato solido della materia, ed una breve esposizione della teoria cinetica dei gas e della sua applicazione ai fenomeni di trasporto e alla cinetica chimica.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente acquisira' una buona padronanza della termodinamica di base e del calcolo molecolare delle grandezze termodinamiche, nonche' conoscenze di base dello stato solido della materia, della sua struttura e delle sue proprieta'.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Termodinamica statistica: concetti. Necessità della descrizione statistica. Derivazione della distribuzione di Boltzmann e funzione di partizione. Ensemble canonico, configurazioni, pesi, derivazione alternativa della distribuzione di Boltzmann. Proprietà di base. Funzione di partizione molecolare. Variabili meccaniche, energia interna e forze generalizzate; esempi. Entropia, temperatura, energia libera di Helmholtz. Potenziali termodinamici, energia di Gibbs, equazione di Gibbs-Duhem.
Termodinamica Statistica: Applicazioni. Meccanica statistica delle molecole: contributi traslazionali, vibrazionali, rotazionali ed elettronici alla funzione di partizione molecolare. Energie medie, calori specifici, entropia. Gas reali: integrale configurazionale, espansione del viriale, equazione di van der Waals. Equilibrio chimico.
Solidi cristallini. Reticoli, vettori base e celle unitarie. Reticoli di Bravais. Reticolo reciproco, piani reticolari, indici di Miller. Microscopia di scansione a effetto tunnel, microscopia a forza atomica, microscopia di trasmissione elettronica. Diffrazione di raggi X: interferenza, diffrazione, condizione di von Laue, fattore di struttura. Legame ed impaccamento nei solidi: solidi metallici, ionici, covalenti e molecolari. Materiali bi- e mono-dimensionali. Struttura elettronica dei solidi: teoria delle bande, velocità di gruppo, trasporto elettronico. Metalli, semiconduttori e isolanti. Drogaggio nei semiconduttori, giunzione p-n. Proprietà ottiche: modelli di Drude e di Lorentz, permittività dielettrica, propagazione delle onde elettromagnetiche in mezzi dispersivi e assorbenti. Eccitoni e polaroni in fase condensata.
Molecole in moto. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann, sezione d'urto, frequenza di collisione, libero cammino medio. Coefficienti di trasporto elementari: coefficiente di diffusione, conducibilità termica, conducibilità elettrica. Equilibrio parziale. Costanti cinetiche stato-a-stato e costanti cinetiche canoniche. Dinamica di reazione: superfici di energia potenziale, dinamica di reazione, cammino di minima energia, stato di transizione, partizionamento dell'energia. Teoria dello stato di transizione.
Termodinamica Statistica: Applicazioni. Meccanica statistica delle molecole: contributi traslazionali, vibrazionali, rotazionali ed elettronici alla funzione di partizione molecolare. Energie medie, calori specifici, entropia. Gas reali: integrale configurazionale, espansione del viriale, equazione di van der Waals. Equilibrio chimico.
Solidi cristallini. Reticoli, vettori base e celle unitarie. Reticoli di Bravais. Reticolo reciproco, piani reticolari, indici di Miller. Microscopia di scansione a effetto tunnel, microscopia a forza atomica, microscopia di trasmissione elettronica. Diffrazione di raggi X: interferenza, diffrazione, condizione di von Laue, fattore di struttura. Legame ed impaccamento nei solidi: solidi metallici, ionici, covalenti e molecolari. Materiali bi- e mono-dimensionali. Struttura elettronica dei solidi: teoria delle bande, velocità di gruppo, trasporto elettronico. Metalli, semiconduttori e isolanti. Drogaggio nei semiconduttori, giunzione p-n. Proprietà ottiche: modelli di Drude e di Lorentz, permittività dielettrica, propagazione delle onde elettromagnetiche in mezzi dispersivi e assorbenti. Eccitoni e polaroni in fase condensata.
Molecole in moto. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann, sezione d'urto, frequenza di collisione, libero cammino medio. Coefficienti di trasporto elementari: coefficiente di diffusione, conducibilità termica, conducibilità elettrica. Equilibrio parziale. Costanti cinetiche stato-a-stato e costanti cinetiche canoniche. Dinamica di reazione: superfici di energia potenziale, dinamica di reazione, cammino di minima energia, stato di transizione, partizionamento dell'energia. Teoria dello stato di transizione.
Prerequisiti
Conoscenza della matematica e della fisica di base, con particolare riferimento all'analisi, all'algebra lineare e alla meccanica (Istituzioni di matematica, Fisica generale, Complementi di matematica e calcolo numerico)
Metodi didattici
6 CFU (48 h di lezioni frontali)
Il corso viene erogato attraverso una serie di lezioni frontali di teoria e esercitazioni. Le lezioni sono effettuate con l'ausilio di un programma di presentazione e il materiale è reso disponbile agli studenti. Esercitazioni aggiuntive possono essere fornite su richiesta degli studenti, e trattano la risoluzione di esercizi tipo che si presentano all'esame. E' fortemenete consigliata la frequenza.
Il corso viene erogato attraverso una serie di lezioni frontali di teoria e esercitazioni. Le lezioni sono effettuate con l'ausilio di un programma di presentazione e il materiale è reso disponbile agli studenti. Esercitazioni aggiuntive possono essere fornite su richiesta degli studenti, e trattano la risoluzione di esercizi tipo che si presentano all'esame. E' fortemenete consigliata la frequenza.
Materiale di riferimento
Libro di testo: P. W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford University Press
Slides delle presentazioni sono disponibili al download, come indicato nel sito Ariel dedicato al corso (http://ariel.unimi.it/).
Slides delle presentazioni sono disponibili al download, come indicato nel sito Ariel dedicato al corso (http://ariel.unimi.it/).
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova scrita comprendente 4 domande a risposta aperta su tutti gli argomenti trattati nel corso (4 punti ciascuna), 8 domande a risposta multipla (1 punto ciascuna) e 2 esercizi numerici di termodinamica statistica (4 punti ciascuno). Il tempo a disposizione (3 h) richiede risposte precise e puntuali. In sede di esame agli studenti verrà fornito un formulario, il cui uso richiede la conoscenza degli argomenti trattati. Un punteggio superiore a 30 comporta la lode.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
Docente:
Martinazzo Rocco
Turni:
Turno
Docente:
Martinazzo RoccoDocente/i