Chimica fisica iii
A.A. 2018/2019
Obiettivi formativi
L'obiettivo del corso è 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
Padronanza della termodinamica di base e del calcolo molecolare delle grandezze termodinamiche. Conoscenza dello stato solido della materia, della sua struttura e delle sue proprietà.
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 di base. 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.
Applicazioni della termodinamica statistica. 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: superfici di energia potenziale, dinamica di reazione, cammino di minima energia, stato di transizione, partizionamento dell'energia. Teoria dello stato di transizione.
Applicazioni della termodinamica statistica. 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: superfici di energia potenziale, dinamica di reazione, cammino di minima energia, stato di transizione, partizionamento dell'energia. Teoria dello stato di transizione.
Informazioni sul programma
Modalità di frequenza: Fortemente consigliata
Modalità di erogazione: Tradizionale
Il docente offre la massima disponibilità al ricevimento degli studenti, previo appuntamento.
Pagina web del corso
Il materiale per il corso può essere scaricato (in formato pdf) da un apposito sito web, come indicato nella pagina Ariel del corso.
Modalità di erogazione: Tradizionale
Il docente offre la massima disponibilità al ricevimento degli studenti, previo appuntamento.
Pagina web del corso
Il materiale per il corso può essere scaricato (in formato pdf) da un apposito sito web, come indicato nella pagina Ariel del corso.
Propedeuticità
Tutti i corsi di matematica di base.
Prerequisiti
Prerequisiti
Chimica Fisica I, Chimica Fisica II.
Modalità di esame
L'esame consiste in un scritto di 3 h di durata, nel quale sono posti due quesiti a risposta aperta su argomenti trattati nel corso e due esercizi numerici volti a stabilire il grado di comprensione del corso. Allo studente viene fornito un formulario essenziale, il cui utilizzo presuppone però una certa comprensione degli argomenti trattati.
Chimica Fisica I, Chimica Fisica II.
Modalità di esame
L'esame consiste in un scritto di 3 h di durata, nel quale sono posti due quesiti a risposta aperta su argomenti trattati nel corso e due esercizi numerici volti a stabilire il grado di comprensione del corso. Allo studente viene fornito un formulario essenziale, il cui utilizzo presuppone però una certa comprensione degli argomenti trattati.
Metodi didattici
Il corso si articola in lezioni frontali fatte con l'ausilio di una presentazione PP, e approfondimenti alla lavagna. La stampa .pdf della presentazione costituisce materiale didattica ausiliario reso disponibile agli studenti.
Materiale di riferimento
- P. W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford University Press
Docente/i