SCC0014 - CHIMICA FISICA 2

insegnamento

ID:

SCC0014

Durata (ore):

88

CFU:

SSD:

CHIMICA FISICA

Anno:

2026

Periodo di attività

Primo Semestre (21/09/2026 - 15/01/2027)

Obiettivi Formativi

L’insegnamento introduce studenti e studentesse alle basi della Teoria Quantomeccanica delle molecole, della Termodinamica Statistica e della Cinetica Chimica. La prima è di rilevanza vitale per la comprensione e descrizione quantitativa di tutte le proprietà delle molecole, quali il legame chimico e la loro reattività chimica. La seconda costituisce un ponte tra la comprensione, a livello fondamentale, delle proprietà quantistiche delle molecole e dei loro aggregati, e la loro descrizione in termini di grandezze termodinamiche facilmente accessibili ad esperimenti (effettuabili anche in ambito industriale). La terza introduce i concetti di velocità di reazione e catalisi, basilari per le applicazioni sia di ricerca che industriali delle reazioni chimiche. La parte di Laboratorio intende fornire a studenti e studentesse la possibilità di tradurre in termini applicativi le conoscenze teoriche e di applicare metodiche sperimentali, nonché tecnologie informatiche utili all'analisi statistica dei dati sperimentali (Data Science) che si riveleranno di importanza cruciale per l’inserimento in laboratori chimici nella ricerca e nel mondo del lavoro. Le esercitazioni, invece, puntano a consolidare le capacità logico-formali attraverso l’applicazione dei modelli della meccanica statistica e della cinetica chimica casi facilmente affrontabili. RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI Al termine del corso, studenti e studentesse avranno la capacità di : 1. Discutere le proprietà chimiche delle molecole – compresa la loro reattività - in termini quantomeccanici , statistici e cinetici. 2. Comprendere profondamente la natura quantomeccanica del legame chimico (e della chimica in genere), e saperla applicare alla previsione della reattività molecolare. 3. Correlare le proprietà termodinamiche di un sistema chimico alle sue caratteristiche microscopiche 4. Analizzare statisticamente i dati di esperimenti di cinetica chimica 5. applicare metodiche sperimentali e strumentali di laboratorio per l'inserimento in laboratori di ricerca, di controllo e di analisi 6. elaborare e presentare risultati di attività sperimentali 7. Di applicare metodi numerici ed analitici a sistemi modello per esplorarne quantitativamente le proprietà in funzione delle caratteristiche specifiche.

Prerequisiti

Concetti base di termodinamica e principi della meccanica quantistica.

Metodi didattici

L’insegnamento prevede lezioni frontali alla lavagna e con il supporto di slides proiettate a lezione e messe a disposizione degli studenti tramite il sito del docente. Esercitazioni pratiche in laboratorio con frequenza obbligatoria. Studenti e studentesse lavoreranno in piccoli gruppi sia per la parte pratica di laboratorio che per la stesura della relazione di laboratorio, mentre operano singolarmente durante le esercitazioni. I gruppi avranno a disposizione un protocollo particolareggiato di tutte le esperienze di laboratorio e degli obbiettivi di ciascuna esperienza. Il protocollo summenzionato è sufficientemente dettagliato da poter essere eseguito in autonomia. Tuttavia è garantita la costante supervisione del corpo docente. Al momento della consegna del materiale (vetreria, strumentazione, reagenti e dispositivi individuali di protezione quali guanti ed occhiali da laboratorio), gli studenti e le studentesse verranno informati/e sulle regole di sicurezza specifiche del laboratorio, e relative alla propria protezione personale, nonché alla strumentazione utilizzata. Il docente, durante le attività di laboratorio, si aspetta che i gruppi: 1) si organizzino autonomamente per il lavoro in team; 2) che rispettino i protocolli indicati per ciascuna delle prove di laboratorio; 3) che acquisiscano una adeguata operatività. In fase di stesura della relazione, che sarà sempre un lavoro di team e potrà essere basata sul protocollo fornito, il docente si aspetta: - accuratezza nella determinazione delle costanti cinetiche di velocità, e nella analisi dei dati l fine di ricavare energia, entropia ed entalpia di attivazione delle reazioni sottoposte ad indagine - che la relazione consenta la riproduzione dei vari passaggi delle esperienze e delle elaborazioni dei dati richiesti per l’obiettivo finale .

Verifica Apprendimento

Scritto ed orale, con relazione di laboratorio scritta. La prova scritta consiste in esercizi teorico-numerici richiedente l’uso del materiale discusso nelle esercitazioni, mentre la prova orale consiste nella discussione di un argomento a scelta dello studente, più domande su argomenti del programma ed eventualmente sulla relazione di laboratorio. La verifica orale è tesa ad accertare il livello di approfondimento della conoscenza, ma anche le capacità di ragionamento critico. Nella relazione di laboratorio, il docente valuta in particolare la chiarezza nella presentazione delle esperienze effettuate, dei risultati ottenuti e di eventuali difficoltà incontrate.

Contenuti

I concetti fondamentali per la descrizione dei gradi di libertà molecolari: necessità di un approccio sia quantomeccanico che statistico. (2 ore) I livelli energetici molecolari in relazione sia allo spettro elettromagnetico (hv) che alla temperatura (kT). (2 ore) Principi della teoria dell’Orbitale Molecolare ed approssimazione LCAO (8 ore) La distribuzione degli stati molecolari. (2 ore) Funzione di partizione molecolare e canonica.(2 ore) Energia interna ed entropia, (2 ore) Termodinamica statistica: le applicazioni.(2 ore) Relazioni fondamentali. Utilizzi della termodinamica statistica in Chimica.(8 ore) Cinetica Chimica. Velocità di reazione. (4 ore) Leggi ed Equazioni cinetiche (4 ore). Sistemi cinetici e basi cinetiche della catalisi. (6 ore). Processi attivati, approccio di Arrhenius. (2 ore) Teoria dello stato di transizione, approccio di Eyring.(2 ore) Meccanismi di reazione (2 ore) La parte di laboratorio (obbligatoria) prevede la misura di velocità di reazioni in fase liquida, la loro interpretazione mediante le leggi cinetiche ed interpretazione statistica della dipendenza delle velocità dalla Temperatura (con approccio sia di Arrhenius che di Eyring). La parte di esercitazioni quantitative prevede la presentazione ed applicazione di metodi ed algoritmi numerici per lo studio di sistemi cinetici e modelli meccanico-statistici, nonché l’utilizzo di codici per lo studio della struttura elettronica molecolare di semplici sistemi.