L'insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti del secondo anno i concetti e le nozioni di base per lo studio delle variazioni energetiche che accompagnano le trasformazioni della materia. L'aspetto principale dell'insegnamento riguarda l'individuazione delle condizioni di equilibrio termodinamico fra le fasi di un sistema monocomponente e multicomponente. Una prima parte del corso riguarderà la trattazione generale della termodinamica, con l'introduzione al calcolo dell'energia libera di Gibbs e del potenziale chimico. Seguirà lo studio dei diagrammi di fase, con l'identificazione delle condizioni termodinamiche per la formazione di lacune di miscibilità.

Al termine dell'insegnamento, lo studente dovrà essere in grado di calcolare la variazione dei potenziali termodinamici (energia interna entalpia, energia libera di Gibbs, entropia) per trasformazioni termodinamiche di sistemi semplici. Saprà valutare gli scambi energetici fra il sistema e l'ambiente in termini di calore e lavoro. Saprà calcolare gli equilibri termodinamici per sistemi monocomponente e bicomponente (utilizzando semplici modelli per i coefficienti di attività). Saprà utilizzare i diagrammi e le tabelle del vapore (diagramma Mollier) e saprà costruire i diagrammi di fase bicomponente sulla base dell'analisi del energia libera di miscelazione.

Lo studente deve possedere una buona cultura scientifica generale, con particolare riferimento alle conoscenze di base della Chimica, della Fisica e dell'Analisi Matematica.

Sistema e stato termodinamico. Equilibrio, processi e trasformazioni, temperatura, calore, lavoro. Primo principio della termodinamica. Energia interna, entalpia, calori specifici. Passaggi di stato e effetti termici. Gas perfetto e gas reali. (20 ore) Secondo principio della termodinamica ed entropia. Valutazione di energia interna , entalpia ed entropia per sistemi semplici. Energia libera di Helmholtz e Gibbs. Relazioni di Maxwell. Trasformazioni spontanee e condizioni di equilibrio. (20 ore) Terzo principio. Cenni di termodinamica statistica. Definizione di microstato e macrostato. (9 ore) Potenziale chimico. Regola delle fasi di Gibbs. Transizioni di fase. Equilibrio monocomponente fra più fasi: equazione di Clapeyron. Condizioni di equilibrio termodinamico per sistemi ideali. Sistemi reali, fugacità, attività. Energia libera delle sostanza pure. Sistemi eterogenei multicomponenti. Grandezze molari parziali e proprietà termodinamiche delle soluzioni. Diagrammi energia libera-composizione. Lacune di miscibilità e regione spinodale. Diagrammi di stato bi- e tricomponente. (35 ore)

L'insegnamento è composto da lezioni teoriche (60 ore) ed esercitazioni pratiche di calcolo svolte in aula relative a semplici applicazioni di quanto trattato a lezione (20 ore).

Robert T. DeHoff, Thermodynamics in materials science, McGraw-Hill I.N. Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L'esame consiste di una prova scritta della durata di 2.5 ore senza l'uso di appunti o di libri. La prova scritta si compone di 3 esercizi numerici (2 ore) e 10 quesiti teorici a scelta multipla (0.5 ore). Il valore della prova scritta è limitato a 27/30. La prova orale è facoltativa (sostenibile con un punteggio minimo di 22 alla prova scritta). Durante la prova orale, lo studente sarà chiamato a rispondere a due o più quesiti relativi agli argomenti trattati durante il corso. Le modalità di esame saranno volte a verificare la capacità dello studente di applicare le relazioni tra le grandezze termodinamiche ai fini di individuare le proprietà della materia e le interazioni energetiche dei sistemi termodinamici semplici.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.