ID:
23152
Tipo Insegnamento:
Obbligatorio
Durata (ore):
56
CFU:
6
SSD:
CHIMICA FISICA
Url:
SCIENZE CHIMICHE/PERCORSO COMUNE Anno: 2
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (16/09/2024 - 20/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso si pone come completamento del percorso di apprendimento delle proprietà della materia iniziato durante la laurea triennale in Chimica, dove è stata inizialmente affrontata la descrizione del comportamento macroscopico della materia nell'ambito della termodinamica classica (Chimica Fisica I con esercitazioni) e successivamente sono state descritte le leggi che governano il comportamento a livello atomico e molecolare nell'ambito della meccanica quantistica (Chimica Fisica II con esercitazioni).
L'obbiettivo del corso è quello di fornire gli strumenti concettuali che permettono di comprendere come le proprietà microscopiche della materia influenzino il suo comportamento macroscopico e quindi di mettere in relazione i concetti trattati nei due corsi precedenti.
Grazie ai concetti trattati in questo corso lo studente acquisisce la capacità di comprendere i fattori microscopici che influenzano il comportamento macroscopico della materia, in particolare per quanto concerne le più importanti quantità della termodinamica classica (pressione, energia interna, entropia, ecc.) e delle reazioni chimiche (costanti di equilibrio).
L'obbiettivo del corso è quello di fornire gli strumenti concettuali che permettono di comprendere come le proprietà microscopiche della materia influenzino il suo comportamento macroscopico e quindi di mettere in relazione i concetti trattati nei due corsi precedenti.
Grazie ai concetti trattati in questo corso lo studente acquisisce la capacità di comprendere i fattori microscopici che influenzano il comportamento macroscopico della materia, in particolare per quanto concerne le più importanti quantità della termodinamica classica (pressione, energia interna, entropia, ecc.) e delle reazioni chimiche (costanti di equilibrio).
Prerequisiti
Si richiede di aver acquisito ed assimilato gli argomenti di termodinamica classica (Chimica Fisica I con esercitazioni) e meccanica quantistica atomica e molecolare (Chimica Fisica II con esercitazioni).
Sono inoltre richieste le conoscenze matematiche acquisite nei corsi di matematica e di fisica della Laurea Triennale in Chimica.
Sono inoltre richieste le conoscenze matematiche acquisite nei corsi di matematica e di fisica della Laurea Triennale in Chimica.
Metodi didattici
Il corso è basato su lezioni teoriche frontali alternate periodicamente a lezioni con esercizi svolti dal docente e dagli studenti.
Verifica Apprendimento
La verifica dell'apprendimento avviene mediante un esame orale nel quale vengono discussi e commentati i temi trattati nel corso. Per accedere all'esame orale è necessario aver preventivamente superato una verifica scritta (anche in un appello diverso da quello della prova orale) basata su una o due domande aperte e su alcuni esercizi numerici.
La verifica scritta si considera superata anche se sono state superate le due prove scritte parziali che si svolgono durante il corso (una a metà e una alla fine).
La verifica scritta si considera superata anche se sono state superate le due prove scritte parziali che si svolgono durante il corso (una a metà e una alla fine).
Testi
- P. Atkins, J. De Paula; "Chimica Fisica", Zanichelli.
- Terrell L. Hill; "An introduction to statistical thermodynamics", Courier Dover Publications
- Terrell L. Hill; "An introduction to statistical thermodynamics", Courier Dover Publications
Contenuti
Il corso si articola su 56 ore di didattica, suddivise tra lezioni teoriche ed esercitazioni, durante le quali si sviluppa un percorso formativo che partendo dalla conoscenza delle proprietà microscopiche della materia porta a chiarire gli aspetti fondamentali del suo comportamento macroscopico.
A questo scopo si parte dalla definizione di alcune ipotesi di base (postulato di Gibbs, ipotesi ergodica, ecc.) e dalla definizione del concetto di insieme (micro canonico, canonico e gran canonico), delle configurazioni e del peso statistico. Si ricava quindi la distribuzione di Boltzmann e si definisce la funzione di partizione canonica e molecolare.
I concetti sviluppati vengono utilizzati per calcolare la funzione di partizione per il moto traslazionale che viene collegata ad alcune grandezze macroscopiche quali l'energia interna e l'entropia.
Si procede con la trattazione dettagliata del modello di Einstein dei solidi. Dopo la descrizione dei gas di atomi e un breve ripasso dell'approssimazione di Born-Oppenheimer, si passa alla trattazione dettagliata di un gas di molecole biatomiche (traslazione, rotazione, vibrazione) e quindi all'estensione al caso di un gas di molecole poliatomiche.
Questi risultati sono quindi utilizzati per affrontare il concetto chiave dell'equilibrio chimico dal punto di vista statistico, considerando esplicitamente alcune semplici reazioni in fase gassosa (equilibrio di dissociazione, isomerico, di ionizzazione, di scambio isotopico, e di reazione tra molecole biatomiche) e ricavando per queste reazioni la costante di equilibrio che viene confrontata con i valori sperimentali.
Dopo aver ricavato in dettaglio la distribuzione per l'insieme gran canonico e aver definito il concetto di potenziale chimico, si passa alla trattazione delle statistiche quantistiche (Fermi-Dirac e Bose-Einstein) che vengono derivate esplicitamente.
Nell'ultima parte del corso si descrive l'approccio completamente classico che viene utilizzato per la derivazione della distribuzione di Maxwell-Boltzmann delle velocità in un gas e per la dimostrazione del principio di equipartizione dell'energia.
Questo approccio viene utilizzato per trattare il problema dei gas reali e per ricavare il secondo coefficiente del viriale.
Il corso si conclude con alcune lezioni dedicate alla trattazione approssimata dei fluidi densi (liquidi) introducendo il concetto di funzione di correlazione radiale.
A questo scopo si parte dalla definizione di alcune ipotesi di base (postulato di Gibbs, ipotesi ergodica, ecc.) e dalla definizione del concetto di insieme (micro canonico, canonico e gran canonico), delle configurazioni e del peso statistico. Si ricava quindi la distribuzione di Boltzmann e si definisce la funzione di partizione canonica e molecolare.
I concetti sviluppati vengono utilizzati per calcolare la funzione di partizione per il moto traslazionale che viene collegata ad alcune grandezze macroscopiche quali l'energia interna e l'entropia.
Si procede con la trattazione dettagliata del modello di Einstein dei solidi. Dopo la descrizione dei gas di atomi e un breve ripasso dell'approssimazione di Born-Oppenheimer, si passa alla trattazione dettagliata di un gas di molecole biatomiche (traslazione, rotazione, vibrazione) e quindi all'estensione al caso di un gas di molecole poliatomiche.
Questi risultati sono quindi utilizzati per affrontare il concetto chiave dell'equilibrio chimico dal punto di vista statistico, considerando esplicitamente alcune semplici reazioni in fase gassosa (equilibrio di dissociazione, isomerico, di ionizzazione, di scambio isotopico, e di reazione tra molecole biatomiche) e ricavando per queste reazioni la costante di equilibrio che viene confrontata con i valori sperimentali.
Dopo aver ricavato in dettaglio la distribuzione per l'insieme gran canonico e aver definito il concetto di potenziale chimico, si passa alla trattazione delle statistiche quantistiche (Fermi-Dirac e Bose-Einstein) che vengono derivate esplicitamente.
Nell'ultima parte del corso si descrive l'approccio completamente classico che viene utilizzato per la derivazione della distribuzione di Maxwell-Boltzmann delle velocità in un gas e per la dimostrazione del principio di equipartizione dell'energia.
Questo approccio viene utilizzato per trattare il problema dei gas reali e per ricavare il secondo coefficiente del viriale.
Il corso si conclude con alcune lezioni dedicate alla trattazione approssimata dei fluidi densi (liquidi) introducendo il concetto di funzione di correlazione radiale.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
SCIENZE CHIMICHE
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
Persone
Docenti di ruolo di IIa fascia
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