PROGRAMMA DEL CORSO
Primo principio
Sistema ed ambiente
Scambi di energia
Energia di un sistema
Energia come funzione di stato
Lavoro
Sistema chiuso
Notazioni
Proprietà intensive ed estensive
Sistema aperto
Entalpia
Stato stazionario
Capacità termica a volume costante
Capacità termica a pressione costante
Flusso adiabatico attraverso una valvola: espansione di Joule-Thomson
Equazione di stato
Gas non ideali
Compressione ed espansione adiabatica
Entalpie di formazione
Variazione di entalpia in reazioni chimiche
Variazione della temperatura adiabatica in reazioni chimiche
Secondo principio
Entropia come funzione di stato
Non conservatività dell'entropia
Bilancio di entropia nei sistemi aperti
Sistemi adiabatici, reversibili, allo stato stazionario
Macchine termiche
Variazioni di entropia
Variazioni di entropia nelle reazioni chimiche e Terza Legge 57
Relazioni tra grandezze
Relazione tra grandezze
Le funzioni F e G
Potenziali chimici
Grandezze parziali molari
Relazioni tra grandezze derivate da U, H, F e G
Gas ideale
Entropia di miscela
Capacità termica
Variazione della capacità termica
Compressione isoentropica dei solidi
Effetto termoelastico
Compressibilità
Equilibri fisici
Condizione di equilibrio
Equazione barometrica
Equilibri di fase
Caso speciale: sistema chiuso, volume costante
Transizioni del primo ordine: variazione della pressione di equilibrio con la temperatura
L'equazione di Clapeyron nel caso di equilibri con fase vapore
Variazione della pressione di vapore di una fase condensata con pressione totale applicata
Variazione della pressione di vapore con particelle nella dimensione di granuli
Transizioni di secondo ordine
Equilibri chimici
Attività termodinamica
Equilibrio chimico
Equilibrio gassoso
Equilibrio solido-vapore
Fonti di informazione sui DG°
Diagrammi di Ellingham
Variazione della costante di equilibrio con la temperatura
Solubilità dei gas nei metalli (legge di Sievert)
Equilibrio chimico e temperatura adiabatica di fiamma
Soluzioni
Legge di raoult e legge di Henry
Attività termodinamica
Equazione di Gibbs-Duhem
Energia libera di Gibbs di formazione di una soluzione
Soluzioni regolari
Proprietà colligative
Regola delle fasi
Fasi
Componenti
Caratterizzazione di un sistema
Condizioni di equilibrio
Regola delle fasi di Gibbs
Sistemi ad un componente
Esempi
Regola delle fasi per sistemi condensati
Diagrammi di stato
Abbassamento del punto di congelamento
Regola della leva
Diagrammi eutettici semplici
Curve di raffreddamento
Miscibilità completa
Immiscibilità
Punti spinodali
Diagrammi di stato peritettici
Elettrochimica
Cella elettrochimica
Nomenclatura
Calcolo della tensione di cella
Direzione della reazione
Reazioni semi-cella
Dipendenza della tensione dalla concentrazione: equazione di Nernst
Diagrammi Pourbaix
Pile di concentrazione
Determinazione della pressione d'ossigeno
Dipendenza della temperatura dalla tensione
Potenziale elettrochimico
Termodinamica statistica
Velocità media delle molecole di un gas
Macrostati e microstati
Sistemi isolati ed ipotesi di Boltzmann
Terzo principio
Sistemi a temperatura costante
Informazione ed entropia 1
Distribuzione di Boltzmann
Degenerazione 1
Funzione di partizione
Distinguibilità delle particelle
Gas ideale
Distribuzione di Fermi-Dirac
Capacità termica dei solidi
Effusione: equazione di Langmuir
Cammino libero medio
Diffusione nei gas
Difetti nei solidi
Difetti di punto nei cristalli semplici
Vacanze: verifiche sperimentali
Interazione tra vacanze e impurezze
Interazione tra imperfezioni e impurezze
Difetti elettronici
Difetti in composti ionici
Difetti di Frenkel
Difetti di Schottky-Wagner
Interazioni tra difetti
Difetti intrinseci e estrinseci nei cristalli ionici
Determinazione sperimentale del tipo di difetto
Superfici e interfacce
Energia superficiale – Tensione superficiale
Effetto della curvatura di una superficie
Pressione di vapore
Solubilità di particelle piccole
Temperatura di fusione di particelle piccole
Misura dell'energia superficiale
Energia superficiale dei solidi
Energie superficiali relative
Bagnabilità delle superfici
Energia superficiale e segregazione di impurezze alle interfacce
(isoterma di adsorbimento di Gibbs)
Adsorbimento su solidi (isoterme di adsorbimento)
Forma di equilibrio di un cristallo
Effetto della temperatura sull'energia superficiale
Diffusione
Prima legge di Fick
Seconda legge di Fick
Effetto Kirkendall
Mobilità
Diffusione in solidi ionici
Dipendenza della diffusione dalla temperatura
Percorsi ad elevata diffusività
Trasformazioni
Tipi di trasformazioni diffusionali
Nucleazione omogenea
Distribuzione della dimensione dei nuclei
Sottoraffreddamento
Nucleazione eterogenea
Tasso di nucleazione
Crescita della fase trasformata
Trasformazioni spinodali
Cinetica di reazione
Velocità di reazione
Ordine delle reazioni
Costanti di equilibrio: relazione con le costanti di reazione
Reazioni del primo ordine
Reazioni del primo ordine con velocità diretta ed inversa
Reazioni di ordine superiore
Reazioni in serie
Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura
Reazioni eterogenee
Trasporto di calore
Trasmissione del calore
Meccanismi di scambio termico: introduzione
Conduzione: stato stazionario
Conduzione: stato non stazionarioConduzione: derivazione della legge di Fourier
Equazione di Fourier: casi particolari
Risoluzione dell’equazione di Fourier per lastra piana
RISULTATI DI APPRENDIMENTO PREVISTI
Acquisizione dei concetti e degli strumenti della Chimica Fisica e della Cinetica Chimica, con particolare riferimento allo studio dei materiali. Capacità di utilizzare tali strumenti per la comprensione di fenomeni fisico-chimici e per la risoluzione di problemi numerici di impatto pratico relativi alla selezione e l'uso dei materiali.
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