Chimica fisica i/laboratorio di chimica fisica i

Stati convenzionali e di riferimento. Variabili ed equazioni di stato. Comportamento dei gas perfetti. Processi isotermi, isobari, isocori. Teoria cinetica dei gas e distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Gas reali. Equazioni di stato di van der Waals e del viriale. Principio degli stati corrispondenti. Costanti critiche.
Calore, lavoro, energia. Funzioni di stato. Differenziali esatti e inesatti. Primo Principio della Termodinamica. Esperimento di Joule. Espansione termica. Processi reversibili e irreversibili. Calorimetria. Capacità termiche. Entalpia. Termochimica: Legge di Hess, cicli di Born-Haber. Effetto Joule-Thomson. Trasformazioni adiabatiche. Legge di Kirchoff.
Secondo Principio della Termodinamica. Disuguaglianza di Clausius. Entropia. Terzo Principio della Termodinamica e Teorema di Nernst. Macchine termiche e frigorifere. Energie libere di Helmholtz e di Gibbs. Equazioni di stato di Maxwell. Variabili naturali. Equazione di Gibbs-Helmholtz. Equazione di Gibbs-Duhem.
Equilibrio chimico in fase gas ed in fase liquida. Grado di avanzamento di una reazione. Endoergonicità ed esoergonicità. Definizione termodinamica della costante di equilibrio. Principio di Le Chatelier-Brown. Effetti di temperatura e pressione sull'equilibrio. Equazione di van't Hoff.
Miscele semplici. Quantità parziali molari. Legge di Henry. Legge di Raoult. Potenziale chimico dei liquidi: soluzioni ideali e ideali-diluite. Miscele: funzioni eccesso. Proprietà colligative: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, osmosi. Attività e fugacità. Soluti reali.
Stati di aggregazione della materia. Fasi termodinamiche. Equazioni di Clapeyron e Clausius-Clapeyron. Regola delle fasi di Gibbs. Diagrammi di fase di sostanze pure e sistemi binari. Regola della leva. Miscele eutettiche, peritettiche, eutettoidi e peritettoidi. Miscele azeotropiche. Fusione incongruente. Decomposizione spinodale. Cristallizzazione (cenni). Distillazione azeotropica (cenni).
Associazione supramolecolare. Termodinamica generale di associazione. Cooperatività: allosterismo, multivalenza. Compensazione entalpica-entropica. Isoterme di associazione. Saturazione. Equazione di Hill. Metodi sperimentali: UV/Vis, calorimetria isoterma (cenni).

Il modulo sarà diviso in 3 CFU di teoria e 3 CFU di laboratorio.
3 CFU TEORIA: ELETTROCHIMICA E LE INTERAZIONI MOLECOLARI. I sistemi elettrochimici: pile ed elettrolizzatori. Le reazioni elettrodiche: stechiometria e reazione globale. L'equazione di Nernst e la termodinamica della cella galvanica: i potenziali di Volta, di superficie e Galvani. Il potenziale elettrochimico. La formazione del doppio strato elettrico; termodinamica dell'interfase: la curva elettrocapillare. I modelli di Helmholtz, Guy-Chapmann e Stern. La teoria di Debye Huckel: la legge limite. I diagrammi di Pourbaix. Proprietà elettriche delle molecole: momento di dipolo elettrico, polarizzabilità, polarizzazione. Le interazioni fra le molecole: carica-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto e dipolo indotto-dipolo indotto, legame a idrogeno. Interazione totale (somma repulsive e attrattive), potenziale di Lennard-Jones. Le interazioni molecolari nei liquidi. Cenni sulla trattazione e propagazione degli errori.
3 CFU LABORATORIO SPERIMENTALE. Durante il laboratorio sperimentale vengono determinate grandezze chimico-fisiche (valori di ΔU e ΔH, K equilibrio) tramite la raccolta di dati sperimentali (dati calorimetrici, elettrochimici, spettrofotometrici, e tensioni di vapore) che vengono poi diagrammati ed elaborati sulla base di relazioni termodinamiche. Nello specifico le esperienze saranno: 1) Determinazione della tensione di vapore di solventi diversi e della loro entalpia di vaporizzazione, 2) Determinazione pKa del verde di bromocresolo per via spettrofotometrica, 3) Determinazione del calore di combustione di una sostanza incognita tramite bomba calorimetrica, 4) Determinazione della costante di equilibrio iodio-ioduro tramite misure spettrofotometriche e 5) Determinazione del Delta-rG°, Delta-rS° e Delta-rH° di una reazione pila tramite misure di potenziale di cella a circuito aperto a diverse temperature.