Programma Lezioni introduttive
Norme di comportamento e di sicurezza in laboratorio, in relazione alla tipologia di esperienze che verranno affrontate.
Cenni di teoria degli errori.
La misura di grandezze fisiche. Tipi di misura. Tipi di errore: precisione ed accuratezza. Media. La stima dell’incertezza. Presentazione dei dati sperimentali. Propagazione degli errori casuali. Il metodo dei minimi quadrati. Regressione lineare.
Lezioni complementari
Termochimica sperimentale
Principi di calorimetria. Bomba calorimetrica adiabatica. Calorimetria differenziale a scansione (DSC). Il calorimetro di Regnault.
Conducibilità di soluzioni elettrolitiche
Conducibilità: definizione ed unità di misura. Conduttori ionici o elettrolitici. Conducibilità specifica. Conducibilità molare ed equivalente. Conducibilità equivalente a diluizione infinita. Equazione di Onsager. Legge della indipendente migrazione degli ioni. Conducibilità ioniche limite equivalenti. Mobilità ionica. Elettroliti deboli: grado di dissociazione. Legge della diluizione di Ostwald. Il conduttimetro: principi di funzionamento.
Elettrochimica
Celle elettrochimiche. Tipi di elettrodi. Semireazioni. Potenziale di contatto liquido. Reazioni di cella. Potenziale di cella e lavoro elettrico. Forza elettromotrice (f.e.m.). Relazione tra misure elettriche e grandezze termodinamiche. Equazione di Nernst. Celle a concentrazione. Celle all’equilibrio. Potenziali standard e loro misura. Calcolo della costante di equilibrio. Misura dei coefficienti di attività. Serie elettrochimica. Misura del pH. Coefficiente di temperatura della f.e.m. e calcolo delle grandezze termodinamiche.
Cinetica chimica
Velocità di reazione: definizione. Leggi cinetiche, ordini di reazione e costante cinetica. Leggi cinetiche integrate (solo formule). Tempo di dimezzamento. Legge di Arrhenius ed energia di attivazione. Tecniche sperimentali in cinetica chimica: la registrazione del progresso di una reazione chimica. Metodologie: analisi in tempo reale, metodi ad estinzione, tecniche a flusso, tecniche a flusso interrotto, fotolisi a lampo. Analisi delle misure cinetiche: metodo dell’integrazione, metodo delle velocità iniziali, metodo del tempo di dimezzamento, metodo dell’isolamento.
Esercitazioni numeriche – argomenti
Leggi dei gas
Gas ideale, gas di van der Waals. Variabili ridotte. Principio degli stati corrispondenti.
Termodinamica del gas ideale
Capacità termica. Trasformazione isoterma reversibile ed irreversibile. Trasformazione adiabatica reversibile ed irreversibile.
Termochimica
H e U di reazione. Legge di Kirchoff. Legge di Hess.
Secondo principio della termodinamica.
Variazioni di entropia del sistema, dell’ambiente, dell’universo. Spontaneità di un processo. Enrgia di Gibbs, Helmholtz, e funzioni lavoro. S e G in: processi di riscaldamento o raffreddamento, espansione o compressione isoterma, reazioni chimiche, transizioni di fase. Equilibrio chimico. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Legge di van’t Hoff.
Miscele e soluzioni
Pressione di vapore e legge di Raoult. Soluzioni ideali. Grandezze molari parziali. Proprietà colligative: pressione osmotica, innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico. S e G di mescolamento.
Equilibri di fase.
Equazione di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron.
Elettrochimica
Potenziali di cella. Potenziali standard. Celle elettrochimiche. Reazioni agli elettrodi. Semireazioni. f.e.m. ed energia di Gibbs. Equazione di Nernst. Coefficiente di temperatura della f.e.m. e grandezze termodinamiche. Attività e coefficienti di attività ionici medi. Legge limite di Debye-Hückel e modificazioni. Forza ionica.
Cinetica chimica
Velocità di reazioni. Leggi cinetiche e ordine di reazione. Leggi cinetiche integrate. Costante cinetica e legge di Arrhenius.
Esercitazioni di laboratorio
1. Misura della tensione di vapore e determinazione del calore di vaporizzazione di un liquido puro (acetone).
2. Misura del pKa di un indicatore da misure spettrofotometriche.
3. Determinazione dei calori di formazione di alcuni ioni da misure calorimetriche.
4. Determinazione della solubilità di un sale poco solubile da misure conduttometriche.
5. Conducibilità di elettroliti in soluzione.
6. Determinazione del potenziale standard dell’elettrodo Zn2+/Zn.
7. Termodinamica della reazione di cella in una pila commerciale.
8. Studio della cinetica di idrolisi del 2-cloro-2-metil-butano per via conduttometrica.
9. Studio della cinetica della reazione tra cristallo violetto e NaOH per via spettrofotometrica. |
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