Laboratorio di chimica fisica i

A.A. 2020/2021
6
Crediti massimi
72
Ore totali
SSD
CHIM/02
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso si propone di combinare l'illustrazione degli aspetti piu' significativi della termodinamica chimica con esperienze sperimentali volte alla raccolta di dati sperimentali, alla relativa elaborazione numerica e alla stima dell'errore sui parametri termodinamici ottenuti.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente apprende i principi che determinano le condizioni di spontaneità delle reazioni chimiche e ne verifica sperimentalmente la validita'. Apprende, inoltre, come trattare serie di dati raccolti tramite misure strumentali e come stendere una relazione corredata da grafici ed elaborazioni numeriche. Nelle attivita' di laboratorio, impara a collaborare coi colleghi.
Programma e organizzazione didattica

Corso A

Responsabile
Periodo
Primo semestre
A causa dell'emergenza sanitaria dovuta alla pandemia di SARS-CoV2 del 2019-2020, il corso di Laboratorio di Chimica Fisica I subirà le seguenti variazioni nell'AA 20-21.

Le lezioni e le esercitazioni in aula saranno svolte a distanza in modalità asincrona tramite registrazione su computer e rese disponibili agli studenti sulla piattaforma ARIEL. I docenti saranno disponibili in orario di lezione per organizzare a scadenze fisse degli incontri telematici sincroni, non obbligatori, tramite la piattaforma MSTeams, durante i quali gli studenti potranno fare domande, esporre dubbi e chiedere approfondimenti.

Il laboratorio sarà tenuto in modalità blended. Le esperienze rimangono quelle degli anni precedenti, vale a dire: 1) Determinazione conduttimetrica della CMC di diversi tensioattivi e del deltaG di micellizzazione del SDS; 2) Determinazione della tensione di vapore di due solventi; 3) Determinazione della pKa del verde di bromocresolo per via spettrofotometrica; 4) Determinazione spettrofotometrica della CMC del SDS; 5)Determinazione del calore di combustione tramite bomba calorimetrica; 6) Determinazione della costante di equilibrio iodio-ioduro tramite misure spettrofotometriche; 7) Determinazione della pKa dell'acido ascorbico anche in presenza di tensioattivo.

Tramite la piattaforma ARIEL, i docenti renderanno disponibili agli studenti le registrazioni video relative a tutte e 7 le esperienze di laboratorio. A ciascuno studente sarà richiesta la frequenza di 2 pomeriggi in presenza (4 h l'uno), durante i quali effettuerà a banco singolo 2 esperienze tra quelle sopra indicate, secondo le indicazioni dei docenti.

Al termine del laboratorio, lo studente dovrà produrre individualmente una relazione tecnica relativa a 4 esperienze, che deve necessariamente includere le 2 da lui svolte personalmente, con l'aggiunta della bomba calorimetrica adiabatica (numero 2) e della determinazione della tensione di vapore (numero 5). Un modello pre-compilato per la relazione sarà reso disponibile sulla piattaforma ARIEL.

Qualora lo studente sia impossibilitato a frequentare il laboratorio a causa di gravi impedimenti dovuti alla situazione emergenziale, userà le registrazioni online come training e preparerà una relazione con 6 esperienze, di cui 2 saranno sempre la bomba calorimetrica adiabatica e la determinazione della tensione di vapore, e le altre 4 saranno selezionate dai docenti. Laddove non acquisiti in presenza, i dati necessari allo svolgimento della relazione saranno forniti dai docenti.
Programma
Le proprietà dei gas. Teoria cinetica dei gas. Distribuzione di Maxwell-Boltzman. Gas reali. Primo Principio della Termodinamica. Calore e lavoro. Calorimetria. Capacità termiche. Entalpia. Transizioni isoterme ed adiabatiche di gas perfetti. Secondo principio. Variazioni di entropia di sistema ed intorno. Terzo principio. Macchine termiche. Energie di Helmoltz e di Gibbs. Equazione di Gibbs-Helmoltz. Potenziale chimico. Descrizione termodinamica delle miscele. Equazione di Gibbs-Duhem. Diagrammi di stato di sostanze pure. Stabilità di fase e transizioni. Equazioni di Clapeyron e Clausius-Clapeyron. Equilibrio chimico. Effetti di temperatura e pressione sull'equilibrio. Equazione di van't Hoff.

Durante il Laboratorio Sperimentale vengono determinate grandezze chimico-fisiche (valori di ΔU e ΔH, K equilibrio, CMC di tensioattivi) tramite la raccolta di dati sperimentali (dati calorimetrici, spettrofotometrici, di conducibilità, tensioni di vapore) che vengono poi diagrammati ed elaborati sulla base di relazioni termodinamiche.
Prerequisiti
Conoscenze di base di matematica e fisica
Metodi didattici
Lezioni frontali e laboratorio didattico
Materiale di riferimento
- P. W. Atkins, J. de Paula - Physical Chemistry - 9th ed. (2011) Oxford University Press.
- Materiale didattico fornito dal docente.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Orale con la soluzione di esercizi. L'esame prevede la discussione delle esperienze di laboratorio e la verifica dell'apprendimento dei principi della termodinamica inerenti alle esperienze. Il voto finale è determinato anche dalla valutazione della Relazione sulle esperienze svolte in Laboratorio.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 24 ore

Corso B

Responsabile
Periodo
Primo semestre
A causa dell'emergenza sanitaria dovuta alla pandemia di SARS-CoV2 del 2019-2020, il corso di Laboratorio di Chimica Fisica I subirà le seguenti variazioni nell'AA 20-21. Le lezioni e le esercitazioni in aula saranno svolte a distanza in modalità asincrona tramite registrazione su computer e rese disponibili agli studenti sulla piattaforma ARIEL. I docenti saranno disponibili in orario di lezione per organizzare a scadenze fisse degli incontri telematici sincroni, non obbligatori, tramite la piattaforma MSTeams, durante i quali gli studenti potranno fare domande, esporre dubbi e chiedere approfondimenti.
Il laboratorio sarà tenuto in modalità blended. Le esperienze rimangono quelle degli anni precedenti, vale a dire: 1) Determinazione conduttimetrica della CMC di diversi tensioattivi e del deltaG di micellizzazione del SDS; 2) Determinazione della tensione di vapore di due solventi; 3) Determinazione della pKa del verde di bromocresolo per via spettrofotometrica; 4) Determinazione spettrofotometrica della CMC del SDS; 5)Determinazione del calore di combustione tramite bomba calorimetrica; 6) Determinazione della costante di equilibrio iodio-ioduro tramite misure spettrofotometriche; 7) Determinazione della pKa dell'acido ascorbico anche in presenza di tensioattivo.
Tramite la piattaforma ARIEL, i docenti renderanno disponibili agli studenti le registrazioni video relative a tutte e 7 le esperienze di laboratorio. A ciascuno studente sarà richiesta la frequenza di 2 pomeriggi in presenza (4 h l'uno), durante i quali effettuerà a banco singolo 2 esperienze tra quelle sopra indicate, secondo le indicazioni dei docenti.
Al termine del laboratorio, lo studente dovrà produrre individualmente una relazione tecnica relativa a 4 esperienze, che deve necessariamente includere le 2 da lui svolte personalmente, con l'aggiunta della bomba calorimetrica adiabatica (numero 2) e della determinazione della tensione di vapore (numero 5). Un modello pre-compilato per la relazione sarà reso disponibile sulla piattaforma ARIEL.
Qualora lo studente sia impossibilitato a frequentare il laboratorio a causa di gravi impedimenti dovuti alla situazione emergenziale, userà le registrazioni online come training e preparerà una relazione con 6 esperienze, di cui 2 saranno sempre la bomba calorimetrica adiabatica e la determinazione della tensione di vapore, e le altre 4 saranno selezionate dai docenti. Laddove non acquisiti in presenza, i dati necessari allo svolgimento della relazione saranno forniti dai docenti.
Programma
Le proprietà dei gas. Teoria cinetica dei gas. Distribuzione di Maxwell-Boltzman. Gas reali. Primo Principio della Termodinamica. Calore e lavoro. Calorimetria. Capacità termiche. Entalpia. Transizioni isoterme ed adiabatiche di gas perfetti. Secondo principio. Variazioni di entropia di sistema ed intorno. Terzo principio. Macchine termiche. Energie di Helmoltz e di Gibbs. Equazione di Gibbs-Helmoltz. Potenziale chimico. Descrizione termodinamica delle miscele. Equazione di Gibbs-Duhem. Diagrammi di stato di sostanze pure. Stabilità di fase e transizioni. Equazioni di Clapeyron e Clausius-Clapeyron. Equilibrio chimico. Effetti di temperatura e pressione sull'equilibrio. Equazione di van't Hoff. Durante il Laboratorio Sperimentale vengono determinate grandezze chimico-fisiche (valori di ΔU e ΔH, K equilibrio, CMC di tensioattivi) tramite la raccolta di dati sperimentali (dati calorimetrici, spettrofotometrici, di conducibilità, tensioni di vapore) che vengono poi diagrammati ed elaborati sulla base di relazioni termodinamiche.
Prerequisiti
Conoscenze di base di matematica e fisica
Metodi didattici
Le lezioni e le esercitazioni in aula saranno svolte a distanza in modalità asincrona tramite registrazione su computer e rese disponibili agli studenti sulla piattaforma ARIEL. Il laboratorio sarà tenuto in modalità blended.
Materiale di riferimento
- P. W. Atkins, J. de Paula - Physical Chemistry - 9th ed. (2011) Oxford University Press.
- Materiale didattico fornito dal docente.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame finale consisterà nella valutazione della relazione di laboratorio, più uno scritto, seguito da un colloquio orale. La relazione di laboratorio sarà valutata in base a 1) accuratezza e precisione del risultato sperimentale (se i dati sono acquisiti in presenza); 2) Capacità di discutere in modo critico eventuali problemi sperimentali o misure incorrette; 3) Correttezza della trattazione statistica, inclusa l'analisi degli errori; 4) Capacità di interpretare i risultati nel corretto quadro di riferimento termodinamico. Il voto della relazione sarà espresso in trentesimi e dovrà essere almeno pari a 18/30 per essere ammessi all'esame. In caso di valutazione insufficiente, lo studente dovrà presentare una relazione riveduta e corretta. Una volta valutata positivamente, la relazione si considera acquisita e non è necessario presentarla di nuovo in caso di valutazione negativa all'esame.
Lo scritto si terrà in presenza e consisterà nella risoluzione di esercizi numerici e domande a scelta multipla, con una valutazione in trentesimi. Saranno ammessi all'orale solo gli studenti che otterranno un punteggio di almeno 14/30.
L'orale si terrà in modalità telematica tramite la piattaforma online MSTeams. La prova prevede la verifica dell'apprendimento dei principi della termodinamica dell'equilibrio trattati a lezione e si declinerà in domande di teoria, dimostrazioni incluse, atte ad accertare la capacità di ragionamento dello studente e la sua competenza nell'applicare quanto appreso a problematiche chimiche. Il voto dell'orale è espresso in trentesimi e viene pesato al 50% con quello dello scritto. L'esame si ritiene superato se la media dei due è almeno 18/30. Il voto finale dell'esame, espresso in trentesimi, sarà dato dalla media pesata dello scritto più orale (70 %) più quello della relazione di laboratorio (30 %). Il massimo risultato (30/30 e Lode) sarà assegnato se la media è superiore o uguale a 29.5/30 e almeno una delle tre parti dell'esame (relazione, scritto, orale) è stata valutata con lode.
In caso di valutazione negativa, o se lo studente rifiuta il voto, l'esame dovrà essere ridato integralmente (scritto+orale).
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 24 ore
Docente/i
Ricevimento:
lunedì e mercoledi 9:00-11:00
Dipartimento di Chimica via Golgi 19 - 20133 - MILANO Edificio 5 - Corpo A - Ala Ovest - III piano - ufficio 3112
Ricevimento:
Su appuntamento (via e-mail)
Studio Dr. Lo Presti (R21S), Dipartimento di Chimica, Piano Terra, Ala Sud