Il corso 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 reazioni chimiche e i passaggi di stato (trasformazioni di fase) che rappresentano, in termini pratici, la maggior parte dell'utilizzo dell'energia nella società industrializzata. L'aspetto principale dell'insegnamento riguarda l'individuazione delle condizioni chimiche e fisiche nelle quali le suddette trasformazioni avvengono sia per ottenere, con la massima resa possibile, i prodotti delle reazioni stesse sia per ottenere energia o nella forma di calore (reazioni di combustione) o nelle forme di energia elettrica (generatori elettrochimici) e di energia meccanica (motori). 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 di una specie, cui seguirà lo studio delle condizioni di equilibrio dei sistemi chimici con particolare riferimento alle reazioni chimiche ed agli equilibri dei sistemi eterogenei.

Al termine del corso lo studente dovrà avere la capacità di impostare ed eseguire il calcolo del lavoro e del calore nella evoluzione di un sistema con e senza reazione chimica e di effettuare l'analisi del bilancio energetico.
Sarà in grado di eseguire il calcolo delle condizioni di equilibrio per un sistema ideale con e senza reazione chimica. Dovrà conoscere, in termini generali, il comportamento di un sistema reale per valutarne lo scostamento dall'idealità, dimostrando di saper valutare i valori delle fugacità e delle attività dei componenti. Sarà in grando di comprendere ed utilizzare i diagrammi di stato come supporto conoscitivo indispensabile per lo studio dei materiali e di alcuni processi chimico-fisici. Dovrà inoltre saper affrontare i problemi della conversione dell'energia chimica in energia elettrica attraverso il confronto delle caratteristiche e delle prestazioni dei più importanti sistemi elettrochimici.

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

Parte 1: Bilanci di proprietà
Sistema e stato termodinamico; equilibrio, processi e trasformazioni, temperatura, calore, lavoro.
Formulazione generale delle equazioni di bilancio per i sistemi aperti. Bilancio di materia globale e di un singolo componente. Reazione chimica e velocità di generazione.
Primo principio della termodinamica. Energia interna, entalpia, calori specifici. Il bilancio di energia. Passaggi di stato e effetti termici. Secondo principio della termodinamica e entropia. Il bilancio entropico. Valutazione di U, H e S per sistemi semplici.

Parte 2: Termodinamica chimica
Calore, entropia e lavoro di una reazione chimica.
Potenziali termodinamici, dipendenza dell'energia libera da temperatura e pressione, relazioni di Maxwell.
Grandezze molari parziali, miscele, calori di soluzione, potenziali chimici, relazione di Gibbs-Duhem.
Equilibri fisici fra più fasi, equazione di Clapeyron, equilibri di membrana.
Calcolo della variazione dell'energia libera di Gibbs di una reazione. Condizioni di equilibrio chimico, dipendenza dalla pressione e dalla temperatura, equazioni di Van't Hoff.
Sistemi reali, fugacità, attività e coefficienti di attività. Determinazione dei coefficienti di attività dalle proprietà colligative delle soluzioni.
Sistemi eterogenei, legge delle fasi, concetti di base della rappresentazione dei diagrammi di stato.

Parte 3a: Approfondimenti (solo per studenti in ingegneria chimica)
Cenni di elettrochimica. Potenziali d'elettrodo, equazione di Nernst, stati di riferimento.
Sistemi dispersi, adsorbimento, interfasi elettrizzate.
Calcolo di proprietà termodinamiche, diagrammi di stato e equilibri chimici.
Utilizzo di simulatori di processo e scelta dei modelli per i coefficienti di attività per sistemi non ideali

Parte 3b: Trasmissione del calore (solo per ingegneria dei materiali)
Introduzione ai modi di trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
La conduzione. Equazioni generali, integrali e differenziali. La legge di Fourier. Conducibilità termica. Superfici estese ed alette.
La convezione. Proprietà dei fluidi. La legge di Newton nella convezione. Coefficienti di scambio termico per convezione forzata e naturale. Relazioni adimensionali. Il metodo delle analogie.
Scambiatori di calore. Tipologie. Calcolo dell'andamento della temperatura dei fluidi. I metodi di dimensionamento della differenza di temperatura media logaritmica.
Irraggiamento. Proprietà energetiche della radiazione elettromagnetica. Interazione tra radiazione e superfici, coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione. Il corpo nero. Corpi grigi. Emissività. Scambio di energia per irraggiamento tra corpi neri e grigi, fattori di forma.

Osservazione: la parte relativa alla trasmissione del calore per gli ingegneri chimici è parte integrante dei corsi di Fenomeni di Trasporto, dove viene sviluppata in parallelo col trasporto di materia e di quantità di moto.