CHIMICA FISICA
Anno accademico 2023/2024 - Docente: GIUSEPPE LANZARisultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente acquisisce le conoscenze delle leggi base della chimica e della fisica necessarie per comprendere l’origine e l’evoluzione di fenomeni chimici, biochimici e biologici e delle loro applicazioni in campo farmaceutico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente acquisisce i principi della termodinamica e come questi permettono o pongono dei limiti nelle varie trasformazioni energetiche.
Capacità di apprendimento: lo studente diventa capace di applicare i modelli chimico-fisici per la razionalizzazione degli esperimenti.
Autonomia di giudizio: dopo aver consolidato i concetti base, lo studente sviluppa la sua capacità critica nel valutare e interpretare i dati che gli permettono di intraprendere autonomamente ricerche successive nel settore chimico-farmaceutico
Capacità di risoluzione di problemi numerici: le basi teoriche sono applicate dallo studente sia per valutare criticamente le possibili soluzioni ai problemi analitici che per sostenere argomentazioni in ambito chimico-biologico.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche sui concetti base e sulle molteplici e applicazioni in ambito chimico-farmaceutico.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
"Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA: A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof.ssa Teresa Musumeci."
Prerequisiti richiesti
E' necessario avere una buona preparazione scolastica di matematica e fisica. E' necessario aver superato l'esame di chimica generale I ed è consigliato aver superato gli esami di matematica e di fisica del primo anno.
Frequenza lezioni
Frequenza obbligatoria secondo le norme del regolamento didattico del CdS in CTF come riportato nel link: http://www.dsf.unict.it/corsi/lm-13_ctf/regolamento-didattico.
Contenuti del corso
TERMODINAMICA
I principio della termodinamica. Lavoro e Calore. Funzioni di stato: energia interna, entalpia, capacità termica a pressione e volume costante. Cicli termodinamici, processi reversibilie e irreversibili. Termochimica. Entalpia standard, entalpie di reazione, entalpie di formazione, energia di legame, processi endotermici esotermici. La legge di Hess. Tecniche sperimentali: calorimetri, TGA, DTA, DSC e ITC. Metabolismo energetico, potere calorico degli alimenti e quoziente respiratorio. II principio della termodinamica. Entropia e processi spontanei. Variazioni di entropia con la temperatura e pressione e nelle transizioni di fase. III principio della termodinamica. Entropia assoluta. Energia libera di Gibbs. Dipendenza dell’energia di Gibbs dalla pressione e dalla temperatura. Equilibrio chimico. Costante di equilibrio termodinamico. Equilibri omogenei ed eterogenei. Effetto della temperatura sull’equilibrio. Energetica e rendimento dei cicli biochimici.
ELETTROCHIMICA
Conducibilità di soluzioni di elettroliti, conduttometria e titolazioni conduttometriche. Potenziali elettrodici, semicelle, pile, equazione di Nernst. Potenziali standard di riduzione e sue applicazioni in campo chimico e biochimico. Elettrolisi.
CINETICA CHIMICA
Velocità delle reazioni chimiche, ordine di reazione. Forma integrata delle equazioni cinetiche di ordine zero, di primo e di secondo. Reazioni competitive e reazioni consecutive. Farmacocinetica: somministrazione endovena, orale e flebolisi. Meccanismi di reazione e ordine di reazione. Catalisi e processi autocatalitici, propagazione di una epidemia. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione: equazione di Arrhenius.
TECNICHE DI INDAGINE DELLA STRUTTURA DELLE MOLECOLE
Breve introduzione alla meccanica quantistica. Descrizione dei vari moti atomici e relative tecniche spettroscopiche. Spettroscopie vibrazionali: infrarosso, Raman e resonant-Raman. Spettroscopia elettronica, orbitali molecolari, cromofori. Processi fotofisici e fotochimici. La fotosintesi clorofilliana. Laser, emissione stimolata.
Testi di riferimento
1. Sono disponibili gli appunti delle lezioni.
2. Engel T., Reid P., "Chimica Fisica" PICCIN.
3. G.K. Vemulapalli “Chimica Fisica” Ed. EDISES
4. P.W. Atkins, J. De Paula "Chimica Fisica Biologica" Volume 1, Ed. Zanichelli
5. A Gambi "Esercizi di chimica fisica" Ed. Zanichelli
Programmazione del corso
Argomenti | Riferimenti testi | |
---|---|---|
1 | Primo principio della termodinamica e sue applicazioni. | vedi TERMODINAMICA su studium; Testo 2, Capitoli 3 e 4 |
2 | Secondo principio della termodinamica e sue applicazioni. | vedi TERMODINAMICA su studium; Testo 2, Capitolo 5 |
3 | Terzo principio della termodinamica e sue applicazioni. | vedi TERMODINAMICA su studium; Testo 2, Capitoli 6-8 |
4 | Energia libera di Gibbs ed equilibrio chimico | vedi TERMODINAMICA su studium Testo 2, Capitolo 10 |
5 | Conducibilità di soluzioni di elettroliti e sue applicazioni. | vedi ELETTROCHIMICA su Studium; Testo 2, Capitolo 11 |
6 | Potenziometria, equazione di Nernst e loro applicazioni. | vedi ELETTROCHIMICA su Studium; Testo 2, Capitolo 11 |
7 | Velocità delle reazioni chimiche e ordine di reazione. | vedi CINETICA su Studium; Testo 2, Capitoli 24 e 25 |
8 | Farmacocinetica | vedi CINETICA su Studium |
9 | Catalisi ed autocatalisi | vedi CINETICA su Studium; Testo 3, Capitolo 8 |
10 | Equazione di Arrhenius e sue applicazioni. | vedi CINETICA su Studium; Testo 2, Capitoli 24 e 25 |
11 | Proprietà della luce. | vedi SPETTROSCOPIA su Studium; Testo 2 Capitolo 16 |
12 | Moti vibrazionali e spettroscopie IR e Raman | vedi SPETTROSCOPIA su Studium; Testo 2 Capitolo 16 |
13 | Spettroscopia elettronica UV-Vis | vedi SPETTROSCOPIA su Studium; Testo 2 Capitoli 20 e 21 |
14 | Processi fotofisici e fotochimici. | vedi SPETTROSCOPIA su Studium; Testo 2 Capitolo 21 |
15 | Laser funzionamento e applicazioni. | vedi SPETTROSCOPIA su Studium; Testo 2 Capitolo 21 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Le date di esami sono pubblicate nel sito del Dipartimento di Scienze del Farmaco e della Salute:
http://www.dsf.unict.it/corsi/lm-13_ctf/calendario-esami
L'esame consiste di una prova scritta e di una prova orale.
La prova scritta richiede la risoluzione di tre esercizi numerici sui seguenti argomenti:
cinetica chimica;
primo principio della termodinamica;
secondo principio della termodinamica;
elettrochimica.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA:
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof.ssa Teresa Musumeci.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Determinare la costante di velocità della reazione del 1° ordine, di idrolisi del saccarosio in soluzione acquosa, catalizzata da acidi,
C12H22O11 + H2O --> C6H12O6 + C6H12O6
Saccarosio Glucosio Fruttosio
sapendo che la concentrazione iniziale è 0.06 M e che dopo 3 minuti è pari a 0.052 M.
Inoltre, calcolare la velocità di reazione iniziale e dopo 3 minuti.
Il calore prodotto dal metabolismo di una persona è di 100 kcal/ora. Se il corpo fosse un sistema isolato di quanto aumenterebbe la temperatura dopo due ore? A quanti grammi di glucosio corrisponde il calore rilasciato? Se si assume che l’unica forma di raffreddamento del corpo sia la vaporizzazione dell’acqua prodotta dalla sudorazione, quanti grammi di acqua dovrebbero evaporare per mantenere costante la temperatura corporea.
Si assuma che la massa della persona è di 75 kg e la sua capacità termica sia pari a 1 kcal/kg. Il DHevaporazione dell’acqua è 540 kcal/kg.
Calcolare la variazione di energia libera standard e la costante K per la reazione:
N2(g) + O2(g) + Cl2(g) = 2NOCl(g)
dai dati seguenti, riferiti a 298 K :
DH°formazione S°
kcal/mol cal/(mol×K)
N2(g) 0 45.8
O2(g) 0 49.0
Cl2(g) 0 53.3
NOCl(g) +12.6 63.0
In che direzione procederà la reazione chimica quando tutte le specie chimiche hanno pressione parziale unitaria.
Si calcoli la variazione di energia libera standard e la costante di equilibrio, a 25 °C, della reazione :
2 Cr3+ + 3 Cu(s) = 2 Cr(s) + 3 Cu2+
sapendo che E°Cu2+/Cu = 0.34 V ed E°Cr3+/Cr = -0.74 V.
In che direzione procederà la reazione chimica quando tutte le specie chimiche hanno attività pari ad uno.
Schematizzare un apparato sperimentale per realizzare una pila con le specie chimiche ad attività unitaria indicando la polarità in flusso degli elettroni nel circuito esterno e il flusso delle cariche del ponte salino.