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 reazioni chimiche e i passaggi di stato. L'aspetto principale dell'insegnamento riguarda l'individuazione delle condizioni chimiche e fisiche nelle quali avvengono le suddette trasformazioni, sia per ottenere con la massima resa possibile i prodotti delle reazioni stesse, sia per ottenere energia o nella forma di calore o nelle forme di energia elettrica o meccanica. Una prima parte dell'insegnamento riguarderà la trattazione generale della termodinamica, con l'introduzione al calcolo dell'energia libera di Gibbs e del potenziale chimico, 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 dell'insegnamento lo studente dovrà avere la capacità di valutare calore e lavoro scambiati nella evoluzione di sistemi multicomponenti in presenza di trasformazioni fisiche e chimiche, nonchè di effettuare l'analisi del bilancio energetico e entropico dei sistemi investigati. Sarà in grado di eseguire il calcolo delle condizioni di equilibrio per un sistema multicomponenti 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 infine in grado di stimare le proprietà termodinamiche di sostanze pure e di miscele a partire da grandezze facilmente misurabili, quali calori specifici e proprietà volumetriche.

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. Il bilancio entropico. Valutazione di U, H e S per sistemi semplici. Energia libera di Helmoltz e Gibbs. Relazioni di Maxwell. Trasformazioni spontanee e condizioni di equilibrio. Potenziale chimico. Regola delle fasi. Terzo principio. Comportamenti qualitativi dei fluidi puri. Transizione di fase. Tensione di vapore. Condizioni critiche. Equazioni di stato. Calcolo di proprietà termodinamiche. Equilibrio monocomponente fra più fasi: equazione di Clapeyron. Cicli termodinamici diretti e inversi. Sistemi multicomponenti: grandezze parziali e proprietà di miscela. Fugacità, attività. Comportamento degli elettroliti. Equilibri di fase: sistemi liquido-vapore e liquido-liquido; ripartizione di soluti; solubilità. Diagrammi di stato. Proprietà colligative delle soluzioni. Calcolo degli equilibri chimici per sistemi ideali e reali. Cenni di elettrochimica: celle elettrochimiche, potenziali d'elettrodo, equazione di Nernst.

L'insegnamento è formato da lezioni teoriche e esercitazioni pratiche di calcolo relative a semplici applicazioni di quanto trattato a lezione. Nel corso dell'anno verranno anche assegnate delle relazioni di calcolo sugli argomenti trattati a lezione, che devono essere completate nei tempi prescritti per essere ammessi all'esame.

Le dispense relative ai bilanci di materia, energia e entropia sono disponibili sul portale. Per la parte restante dell'insegnamento si utilizza: I.N. Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill. Altri testi di riferimento: S.I. Sandler, Chemical, Biochemical and Engineering Thermodynamics, Wiley. M.D. Koretsky, Engineering and Chemical Thermodynamics, Wiley.

Slides; Dispense; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti;

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

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma dell'insegnamento e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi. Esso è formato da una prova scritta della durata di un'ora e mezza comprendente esercizi numerici, simili a quelli svolti nelle esercitazioni, che hanno lo scopo di valutare la capacità di eseguire calcoli applicativi, e semplici quesiti teorici, per verificare la conoscenza di base degli argomenti esposti nell'insegnamento. Durante lo svolgimento dello scritto non è consentito tenere e consultare appunti, libri o formulari. I risultati dell’esame vengono comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il compito e sostenere l'eventuale prova orale. Superato lo scritto, lo studente può decidere di concludere l'esame (in questo caso il voto massimo ottenibile è 27/30) oppure affrontare una ulteriore prova orale, finalizzata a valutare in profondità la comprensione dei contenuti dell'insegnamento e la capacità di applicare i risultati teorici visti a lezione. Informazioni aggiuntive saranno riportate sulla pagina dell'insegnamento.

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.