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Termodinamica Chimica Principi e Definizioni Universita degli Studi dellInsubria.

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Presentazione sul tema: "Termodinamica Chimica Principi e Definizioni Universita degli Studi dellInsubria."— Transcript della presentazione:

1 Termodinamica Chimica Principi e Definizioni Universita degli Studi dellInsubria

2 © Dario Bressanini 2 Realta e Modelli La realta e spesso troppo complessa per poter essere studiata in modo semplice, preciso e accurato. La realta e spesso troppo complessa per poter essere studiata in modo semplice, preciso e accurato. Gli scienziati ricorrono a delle semplificazioni, a volte drastiche, in modo pero da mantenere sempre le caratteristiche salienti del fenomeno da studiare Gli scienziati ricorrono a delle semplificazioni, a volte drastiche, in modo pero da mantenere sempre le caratteristiche salienti del fenomeno da studiare Una teoria scientifica deve essere la più semplice possibile... ma non troppo semplice (A. Einstein) Si usano dei Modelli Si usano dei Modelli

3 © Dario Bressanini 3 Modelli ?

4 © Dario Bressanini 4 Modelli Un modello e una costruzione teorica che cerca di catturare, piu o meno fedelmente, uno o piu aspetti di un fenomeno Un modello e una costruzione teorica che cerca di catturare, piu o meno fedelmente, uno o piu aspetti di un fenomeno Un modello semplifica, diminuisce la complessita di un fenomeno, aiuta a capire, ma approssima Un modello semplifica, diminuisce la complessita di un fenomeno, aiuta a capire, ma approssima Scegliere un modello corretto è difficile. Scegliere un modello corretto è difficile.

5 © Dario Bressanini 5 Complessita

6 6 Astrazione Lastrazione e una semplificazione conscia di qualche aspetto di un fenomeno o di un problema, che ci permette di concentrarsi sugli aspetti salienti e non sui dettagli Lastrazione e una semplificazione conscia di qualche aspetto di un fenomeno o di un problema, che ci permette di concentrarsi sugli aspetti salienti e non sui dettagli Una rappresentazione di qualche cosa Una rappresentazione di qualche cosa Spesso meno dettagliata delloriginale Spesso meno dettagliata delloriginale Nasconde o elimina informazione poco o non rilevante Nasconde o elimina informazione poco o non rilevante Puo essere difficile da capire senza una adeguato allenamento Puo essere difficile da capire senza una adeguato allenamento Il colore di un missile e irrilevante per calcolare la sua traiettoria

7 © Dario Bressanini 7 Astrazione

8 8 Pensare per Modelli René Magritte

9 © Dario Bressanini 9 Modelli in Chimica

10 © Dario Bressanini 10 Sistema, Ambiente e Universo Nello studio di un fenomeno, si cerca di isolare la zona di spazio dove avviene il fenomeno da quello che la circonda. Nello studio di un fenomeno, si cerca di isolare la zona di spazio dove avviene il fenomeno da quello che la circonda. Universo Sistema Ambiente SISTEMA+AMBIENTE=UNIVERSO

11 © Dario Bressanini 11 Sistema e Ambiente Provetta - Laboratorio Provetta - Laboratorio Branco di leoni - Savana Branco di leoni - Savana Atmosfera terrestre - Superficie terrestre + spazio Atmosfera terrestre - Superficie terrestre + spazio Cellula - Cellule circostanti Cellula - Cellule circostanti Economia Italiana - Economie del resto del mondo Economia Italiana - Economie del resto del mondo SistemaAmbiente Sistema Ambiente La divisione è abbastanza arbitraria. La divisione è abbastanza arbitraria. Dipende dallaccuratezza desiderata del modello. Dipende dallaccuratezza desiderata del modello.

12 © Dario Bressanini 12 Sistemi in Chimica Vari tipi di sistemi utilizzati in Chimica: Vari tipi di sistemi utilizzati in Chimica: IsolatoChiusoAperto

13 © Dario Bressanini 13 Sistemi in Chimica In un sistema adiabatico non vi e scambio di calore In un sistema adiabatico non vi e scambio di calore

14 © Dario Bressanini 14 Astrazione e Modelli Il sole è, in prima approssimazione, un recipiente pieno di un Gas Ideale. Il sole è, in prima approssimazione, un recipiente pieno di un Gas Ideale. Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una sfera. Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una sfera. Un bicchiere dacqua (liquida) NON è, neanche in prima approssimazione, assimilabile ad un gas. Un bicchiere dacqua (liquida) NON è, neanche in prima approssimazione, assimilabile ad un gas. Si devono trascurare i dettagli insignificanti, o trascurabili... ma solo quelli. Si devono trascurare i dettagli insignificanti, o trascurabili... ma solo quelli. Un modello È NECESSARIO!!! Un modello È NECESSARIO!!!

15 © Dario Bressanini 15 Astrazione e Modelli I modelli possono essere migliorati I modelli possono essere migliorati Gas Solare Gas + Fotoni + Elettroni Gas Solare Gas + Fotoni + Elettroni Lastrazione e la costruzione del modello permette alla matematica di agire (in modo quasi meccanico e automatico... se si sa come fare) per trarre le logiche conseguenze dalle ipotesi di partenza. In questo modo trascuriamo i dettagli insignificanti, (il colore del cavallo), o trascurabili, (la coda del cavallo). Lastrazione e la costruzione del modello permette alla matematica di agire (in modo quasi meccanico e automatico... se si sa come fare) per trarre le logiche conseguenze dalle ipotesi di partenza. In questo modo trascuriamo i dettagli insignificanti, (il colore del cavallo), o trascurabili, (la coda del cavallo).

16 © Dario Bressanini 16 Modelli Macroscopici e Microscopici Descriviamo il contenuto di un cilindro di Automobile Descriviamo il contenuto di un cilindro di Automobile Composizione Composizione Volume Volume Pressione Pressione Densita Densita Temperatura Temperatura Colore Colore Conducibilita termica Conducibilita termica ?????? ??????

17 © Dario Bressanini 17 Modelli Macroscopici Per altri sistemi le grandezze più utili possono essere altre: Per altri sistemi le grandezze più utili possono essere altre: Pila: il volume è poco utile, mentre è fondamentale il potenziale elettrico Pila: il volume è poco utile, mentre è fondamentale il potenziale elettrico Stella: sono fondamentali colore e luminosita Stella: sono fondamentali colore e luminosita Queste grandezze sono esprimibili in forma numerica, e possono quindi essere considerate delle coordinate Le coordinate descrivono lo stato interno del sistema Le coordinate descrivono lo stato interno del sistema

18 © Dario Bressanini 18 Grandezze Macroscopiche Non implicano ipotesi particolari sulla struttura della materia (non richiedono atomi e molecole!). Non implicano ipotesi particolari sulla struttura della materia (non richiedono atomi e molecole!). Servono poche grandezze per descrivere il sistema (quante ?). Servono poche grandezze per descrivere il sistema (quante ?). Le coordinate macroscopiche sono (più o meno), suggerite dai nostri sensi. Le coordinate macroscopiche sono (più o meno), suggerite dai nostri sensi. Possono essere misurate direttamente. Possono essere misurate direttamente.

19 © Dario Bressanini 19 Modelli Microscopici Il sistema è composto da un numero enorme di particelle che possono interagire fra loro Il sistema è composto da un numero enorme di particelle che possono interagire fra loro Il numero elevato di particelle permette di utilizzare tecniche statistiche e di ottenere valori medi (termodinamica statistica) Il numero elevato di particelle permette di utilizzare tecniche statistiche e di ottenere valori medi (termodinamica statistica) Concetti quali pressione e temperatura sono PRIVI DI SENSO a livello atomico. La termodinamica statistica definisce le varie grandezze macroscopiche a partire da quelle microscopiche (coordinate, velocita, stati quantici) Concetti quali pressione e temperatura sono PRIVI DI SENSO a livello atomico. La termodinamica statistica definisce le varie grandezze macroscopiche a partire da quelle microscopiche (coordinate, velocita, stati quantici)

20 © Dario Bressanini 20 Grandezze Microscopiche Si DEVE ipotizzare lesistenza degli atomi e molecole Si DEVE ipotizzare lesistenza degli atomi e molecole Le cordinate in gioco sono tantissime (N) Le cordinate in gioco sono tantissime (N) Le varie grandezze NON sono accessibili nellesperienza quotidiana Le varie grandezze NON sono accessibili nellesperienza quotidiana Le grandezze microscopiche NON si possono misurare direttamente Le grandezze microscopiche NON si possono misurare direttamente

21 © Dario Bressanini 21 Microscopico - Macroscopico 1 mole = particelle 602,300,000,000,000,000,000,000 1 mole = particelle 602,300,000,000,000,000,000,000 Per descrivere completamente 1 litro di acqua, dovrei specificare le coordinate e le velocita di ogni molecola (6 coordinate per particella) Per descrivere completamente 1 litro di acqua, dovrei specificare le coordinate e le velocita di ogni molecola (6 coordinate per particella) Tuttavia, 1 litro di acqua allequilibrio, puo essere descritta semplicemente specificando la pressione, la temperatura. Tuttavia, 1 litro di acqua allequilibrio, puo essere descritta semplicemente specificando la pressione, la temperatura.

22 © Dario Bressanini 22 Termodinamica Classica e Statistica Meccanica Quantistica Meccanica Statistica Termodinamica Classica La Meccanica Quantistica permette di calcolare I livelli energetici di Atomi e Molecole Calcola proprieta specifiche delle varie sostanze Relazioni Generali tra variabili termodinamiche macroscopiche 1 Kg

23 © Dario Bressanini 23 Termodinamica Classica e Statistica Termodinamica Statistica: approccio Microscopico Ha bisogno dei livelli energetici del sistema Termodinamica Classica: approccio Macroscopico Ha bisogno dei dati calcolati dalla Termodinamica Statistica, o di dati sperimentali

24 © Dario Bressanini Grandezze Intensive ed Estensive Proprieta che dipendono dalla quantita di materia sono chiamate Estensive Proprieta che dipendono dalla quantita di materia sono chiamate Estensive Proprieta indipendenti dalla quantita di materia sono chiamate Intensive Proprieta indipendenti dalla quantita di materia sono chiamate Intensive mVmVTpETpEρρmVmVTpETpEρρρ m /2 V /2 T p E/2 ρ m /2 V /2 T p E/2 ρ


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