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 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. Nello studio dei sistemi reali si dedicherà attenzione alle microstrutture solide, analizzando i fenomeni di segregazione ed effetti di ordine.

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.
Secondo principio della termodinamica e entropia. Valutazione di energia interna , entalpia ed entropia per sistemi semplici. Energia libera di Helmoltz e Gibbs. Relazioni di Maxwell. Trasformazioni spontanee e condizioni di equilibrio. Terzo principio.
Comportamenti qualitativi dei fluidi puri. Transizione di fase. Tensione di vapore. Equilibrio monocomponente fra più fasi: equazione di Clapeyron. Condizioni di equilibrio termodinamico per sistemi ideali. Sistemi reali, fugacità, attività. Energia libera delle sostanza pure. Energia libera delle strutture microcristalline e delle fasi amorfe.
Sistemi eterogenei multicomponenti. Legge delle fasi. Grandezze molari parziali e proprietà termodinamiche delle soluzioni. Diagrammi energia libera-composizione. Lacune di miscibilità e regione spinodale. Diagrammi di stato bi- e tricomponente.
Distribuzione non randomica degli atomi soluti. Effetti di segregazione ed effetti di ordine. Cenni di termodinamica della nucleazione.

Il corso è formato da lezioni teoriche e esercitazioni pratiche di calcolo relative a semplici applicazioni di quanto trattato a lezione.

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

L'esame consiste di una prova scritta della durata di due ore senza l'uso di appunti o di libri. La prova scritta si compone di esercizi numerici e quesiti teorici. Prova orale facolativa (sostenibile con un punteggio minimo di 24/30 alla prova scritta).