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Chimica Fisica 1 Modulo A Chimica e Chimica Industriale Dario Bressanini

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Presentazione sul tema: "Chimica Fisica 1 Modulo A Chimica e Chimica Industriale Dario Bressanini"— Transcript della presentazione:

1 Chimica Fisica 1 Modulo A Chimica e Chimica Industriale Dario Bressanini

2 © Dario Bressanini 2 Informazioni Laureato a Milano. Dottorato a Milano Laureato a Milano. Dottorato a Milano Corsi di Corsi di Chimica Fisica 1 (Modulo A)I anno Chimica Fisica 1 (Modulo A)I annoPROPEDEUTICO Programmazione e Simulazione 3 Crediti III anno (Linguaggio C) Programmazione e Simulazione 3 Crediti III anno (Linguaggio C) Chimica Fisica degli alimenti 7 Crediti II anno sp. Chimica Fisica degli alimenti 7 Crediti II anno sp. Ricevimento: Tel Via Lucini 3 - Como

3 © Dario Bressanini 3 Orario Martedì Mercoledì

4 © Dario Bressanini 4 Struttura del Corso Lezione con slides powerpoint Lezione con slides powerpoint scaricabili da scaricabili da Esercitazioni con la Dr.ssa Silvia Tarasco Generalmente il martedì (non tutte le settimane) Esercitazioni con la Dr.ssa Silvia Tarasco Generalmente il martedì (non tutte le settimane) Alcuni argomenti extra Alcuni argomenti extra Correlati alla termodinamica, ma non strettamente materia di esame Correlati alla termodinamica, ma non strettamente materia di esame Anche su vostra richiesta Anche su vostra richiesta

5 © Dario Bressanini 5 Esame Compito scritto + orale max 2 settimane Compito scritto + orale max 2 settimane 2 Appelli tra giugno e luglio 2 Appelli tra giugno e luglio 1 appello a settembre 1 appello a settembre 1 appello a febbraio 1 appello a febbraio NON ci saranno altri appelli NON ci saranno altri appelli Lo scritto è valido solo per un appello Lo scritto è valido solo per un appello Contribuisce al voto finale Contribuisce al voto finale

6 © Dario Bressanini 6 Consigli in ordine sparso La matematica e fondamentale... ma non è sufficiente! La matematica e fondamentale... ma non è sufficiente! La Teoria e indispensabile per passare lo scritto. La Teoria e indispensabile per passare lo scritto. … IMPARATE A STUDIARE … … IMPARATE A STUDIARE … Fate degli esercizi. Rifate gli esercizi fatti a lezione Fate degli esercizi. Rifate gli esercizi fatti a lezione Se qualche cosa non è chiara CHIEDETE! Se qualche cosa non è chiara CHIEDETE! Prof. Bressanini: teoria Prof. Bressanini: teoria Dr.ssa Tarasco: esercizi Dr.ssa Tarasco: esercizi Studiate con regolarità. NON rimanete indietro. Studiate con regolarità. NON rimanete indietro. Fissatevi una media da mantenere. Fissatevi una media da mantenere.

7 © Dario Bressanini 7 Libri di Testo Atkins: Physical Chemistry 6 th edition Atkins: Physical Chemistry 7 th edition Atkins: Physical Chemistry 8 th edition

8 © Dario Bressanini 8 Spunti e Materiale Supplementare Biblioteca Biblioteca World Wide Web World Wide Web La vita di tutti i giorni…. (giornali, TV, fumetti, pubblicita...) La vita di tutti i giorni…. (giornali, TV, fumetti, pubblicita...)

9 © Dario Bressanini 9 Le Basi Della Chimica

10 © Dario Bressanini 10 Le Basi Della Chimica Cinetica, Spettroscopia Cinetica, Spettroscopia Complementi di Chimica FisicaIII anno Complementi di Chimica FisicaIII anno Meccanica Quantistica e Termodinamica Statistica Meccanica Quantistica e Termodinamica Statistica Chimica FisicaII anno Chimica FisicaII anno Termodinamica Termodinamica Chimica Fisica 1 Modulo AI anno Chimica Fisica 1 Modulo AI anno

11 © Dario Bressanini 11 Requisiti di Matematica Risoluzione di equazioni. Proprieta delle funzioni elementari (potenze, logaritmi, esponenziali) Risoluzione di equazioni. Proprieta delle funzioni elementari (potenze, logaritmi, esponenziali) Capacita di tracciare grafici a partire da funzioni Capacita di tracciare grafici a partire da funzioni Calcolo differenziale in una variabile Calcolo differenziale in una variabile Derivate Derivate Differenziali Differenziali Integrali Integrali Calcolo delle derivate parziali Calcolo delle derivate parziali

12 © Dario Bressanini 12 Natura e Matematica il Grande libro della Natura e scritto nel linguaggio della matematica, e non possiamo capirla se prima non ne capiamo i simboli Galileo Galilei il Grande libro della Natura e scritto nel linguaggio della matematica, e non possiamo capirla se prima non ne capiamo i simboli Galileo Galilei In science, there is only physics; all the rest is stamp collecting Ernest Rutherford In science, there is only physics; all the rest is stamp collecting Ernest Rutherford

13 © Dario Bressanini 13 Chimica e Matematica The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these equations leads to equations much too complicated to be soluble P.A.M. Dirac The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these equations leads to equations much too complicated to be soluble P.A.M. Dirac "We are perhaps not far removed from the time, when we shall be able to submit the bulk of chemical phenomena to calculation Joseph Louis Gay-Lussac "We are perhaps not far removed from the time, when we shall be able to submit the bulk of chemical phenomena to calculation Joseph Louis Gay-Lussac

14 © Dario Bressanini 14 Scienze e Matematica 1700 – Fisica Classica 1800 – Elettromagnetismo 1800 – Termodinamica 1900 – Meccanica Quantistica 1940 – Chimica 1970 – Biologia 1980 – Economia 1700 – Fisica Classica 1800 – Elettromagnetismo 1800 – Termodinamica 1900 – Meccanica Quantistica 1940 – Chimica 1970 – Biologia 1980 – Economia Every attempt to employ mathematical methods in the study of chemical questions must be considered profoundly irrational and contrary to the spirit of chemistry… If mathematical analysis should ever hold a prominent place in chemistry – an aberration which is happily almost impossible – it would occasion a rapid and widespread degeneration of that science. Auguste Compte Every attempt to employ mathematical methods in the study of chemical questions must be considered profoundly irrational and contrary to the spirit of chemistry… If mathematical analysis should ever hold a prominent place in chemistry – an aberration which is happily almost impossible – it would occasion a rapid and widespread degeneration of that science. Auguste Compte Non tutti la pensavano alla stessa maniera …

15 © Dario Bressanini 15 La Chimica Fisica Termodinamica Classica Termodinamica Classica Termodinamica Statistica Termodinamica Statistica Meccanica Quantistica, struttura Atomica e Molecolare Meccanica Quantistica, struttura Atomica e Molecolare Elettrochimica Elettrochimica Cinetica Chimica (velocita delle reazioni) Cinetica Chimica (velocita delle reazioni) Spettroscopia (IR, UV, NMR, X, EPR, Laser…) Spettroscopia (IR, UV, NMR, X, EPR, Laser…) Chimica Computazionale (simulazioni al calcolatore) Chimica Computazionale (simulazioni al calcolatore) La Chimica Fisica fornisce anche un supporto agli altri settori della chimica (organica, analitica, etc.) sia a livello concettuale (es. Orbitali) che di tecniche sperimentali (es. NMR, IR, etc.)

16 © Dario Bressanini 16 Sviluppi attuali della Chimica Fisica Sviluppo e utilizzo di nuove spettroscopie (Laser, NMR 2D,…) Sviluppo e utilizzo di nuove spettroscopie (Laser, NMR 2D,…) Calcoli teorici ab initio di proprieta di atomi e molecole Calcoli teorici ab initio di proprieta di atomi e molecole Predizione di reazioni Predizione di reazioni design di reazioni chimiche organiche design di reazioni chimiche organiche Progettazione di farmaci Progettazione di farmaci Astrochimica. Paleochimica. Chimica atmosferica (buco dellozono, Effetto serra,…) Astrochimica. Paleochimica. Chimica atmosferica (buco dellozono, Effetto serra,…) Predizione di proprieta di liquidi e solidi. material design Predizione di proprieta di liquidi e solidi. material design Concettuale: Cosa sono le molecole? Cosa e un legame? Esistono gli atomi nelle molecole? Concettuale: Cosa sono le molecole? Cosa e un legame? Esistono gli atomi nelle molecole?

17 © Dario Bressanini 17 Che cosè una molecola? H 2 C 3 c-C 3 H C 5 C 5 H C 6 H CH 3 C 3 N CH 2 CHOH H 2 C 3 c-C 3 H C 5 C 5 H C 6 H CH 3 C 3 N CH 2 CHOH AlF C 2 Hl-C 3 H C 4 Hl-H 2 C 4 CH 2 CHCN HCOOCH 3 CH 2 OHCHO AlCl C 2 OC 3 N C 4 SiC 2 H 4 CH 3 C 2 H CH 3 COOH? AlCl C 2 OC 3 N C 4 SiC 2 H 4 CH 3 C 2 H CH 3 COOH? C 2 C 2S C 3 O l-C 3 H 2 CH 3 CNHC 5 N C 7 H HCOCH2D+ C 2 C 2S C 3 O l-C 3 H 2 CH 3 CNHC 5 N C 7 H HCOCH2D+ CH CH 2 C 3 S c-C 3 H 2 CH 3 NC HCOCH 3 H 2 C 6 CH 4 CH3SH CH+ HCNC 2 H 2 CH 2 CNCH 3 OHNH 2 CH 3 CN c-C 2 H 4 O HC3NH+ HC2CHO COHCO + HCCN HC 3 N NH 2 CHO CO + HCS+HCNH+ HC2NC C 5 N CP HOC+HNCOHCOOH CSi H 2 OHNCS H2CHN CSi H 2 OHNCS H2CHN HCl H 2 SHOCO+ H2C2O KCl HNCH 2 COH2NCN NHHNOH2CN HNC3 NO MgCNH 2 CSSiH4 Molecole presenti in comete, nebulose, spazio interstellare…

18 © Dario Bressanini 18 La Termodinamica E alla base della Chimica E alla base della Chimica E la prima teoria assiomatica completa che studiate E la prima teoria assiomatica completa che studiate A theory is the more impressive the greater the simplicity of its premises, the more different are the kinds of things it relates, and the more extended is its range of applicability. Therefore, the deep impression which classical thermodynamics made upon me. It is the only physical theory of universal content which I am convinced, that within the framework of applicability of its basic concepts, will never be overthrown. Albert Einstein A theory is the more impressive the greater the simplicity of its premises, the more different are the kinds of things it relates, and the more extended is its range of applicability. Therefore, the deep impression which classical thermodynamics made upon me. It is the only physical theory of universal content which I am convinced, that within the framework of applicability of its basic concepts, will never be overthrown. Albert Einstein

19 © Dario Bressanini 19 Termodinamica Chimica Il nostro approccio segue la termodinamica classica, sviluppata da Gibbs, Maxwell, Helmoltz, Kelvin, Clausius e altri, con in più lassioma dellesistenza degli atomi e delle molecole. Il nostro approccio segue la termodinamica classica, sviluppata da Gibbs, Maxwell, Helmoltz, Kelvin, Clausius e altri, con in più lassioma dellesistenza degli atomi e delle molecole. Partiamo dalle proprieta dei Gas e arriviamo allequilibrio chimico. Partiamo dalle proprieta dei Gas e arriviamo allequilibrio chimico. Studiamo le proprieta della materia, lo scambio di energia e la spontaneita delle trasformazioni. Studiamo le proprieta della materia, lo scambio di energia e la spontaneita delle trasformazioni.

20 © Dario Bressanini 20 Termodinamica Chimica Enunceremo esplicitamente gli assiomi su cui è costruita Enunceremo esplicitamente gli assiomi su cui è costruita Utilizzeremo esempi dalla vita di tutti i giorni per spiegare concetti termodinamici (... e diventerete anche cuochi/cuoche migliori ) Utilizzeremo esempi dalla vita di tutti i giorni per spiegare concetti termodinamici (... e diventerete anche cuochi/cuoche migliori ) Studieremo la Termodinamica dei sistemi in equilibrio Studieremo la Termodinamica dei sistemi in equilibrio

21 © Dario Bressanini 21Rumford1782 Carnot 1820s Joule, Kelvin, Clausius 1840s -60s Helmholtz 1882 ` Gibbs 1880s-90sCaratheodory1909 Onsager 1930s Slater 1939 Prigogine 1950s Katchalsky&CurranBroecker&Oversby1960s-70s MitchellCollinsHoulsby 1970s,80s,90s TruesdellColemanNoll 1950s-60s Bowen 1980 Sviluppo della Termodinamica

22 © Dario Bressanini 22 La Termodinamica intorno a noi

23 © Dario Bressanini 23 Importanza della Termodinamica La Termodinamica e necessaria se si vuole discutere di: La Termodinamica e necessaria se si vuole discutere di: Global Warming Global Warming Effetto Serra Effetto Serra Protocollo di Kyoto Protocollo di Kyoto Inquinamento Inquinamento Energia pulite (???), alternative, rinnovabili,… Energia pulite (???), alternative, rinnovabili,… … Vorrei che nei parlamenti entrasse qualche politico che chiacchierasse di meno ma conoscesse bene la termodinamica Tullio Regge, La Repubblica 6/15/2001 Vorrei che nei parlamenti entrasse qualche politico che chiacchierasse di meno ma conoscesse bene la termodinamica Tullio Regge, La Repubblica 6/15/2001

24 © Dario Bressanini 24 Scienza Naturale Pre-Galileiana A medieval Oxford debate about the number of teeth a horse had included quotations from philosophers and theologians One monk noted there was a horse tied outside, and suggested they go and actually count its teeth He was fell upon, smote hip and thigh, and was cast from the company of educated men.

25 © Dario Bressanini 25 Una Buona Teoria Scientifica Spiega i difetti delle teorie precedenti e le ingloba Spiega i difetti delle teorie precedenti e le ingloba Ha caratteristiche predittive Ha caratteristiche predittive Spiega fenomeni complessi in termini di fenomeni più semplici (in chimica, fenomeni atomici e molecolari) Spiega fenomeni complessi in termini di fenomeni più semplici (in chimica, fenomeni atomici e molecolari) È elegante e semplice (Rasoio di Occam) È elegante e semplice (Rasoio di Occam) "The great tragedy of Science - the slaying of a beautiful hypothesis by an ugly fact." T.H. Huxley "The great tragedy of Science - the slaying of a beautiful hypothesis by an ugly fact." T.H. Huxley

26 © Dario Bressanini 26 Rasoio di Occam Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem William van Occam ( ) Spiegazioni piu semplici dello stesso fenomeno sono da preferire a spiegazioni piu complicate.

27 © Dario Bressanini 27 Il Metodo Scientifico Sulla base degli esperimenti, una ipotesi puo essere: Sulla base degli esperimenti, una ipotesi puo essere: Accettata come teoria scientifica, o legge Accettata come teoria scientifica, o legge Modificata in modo da descrivere meglio i fenomeni Modificata in modo da descrivere meglio i fenomeni Eliminata Eliminata

28 © Dario Bressanini 28 Il Metodo Scientifico Osservazioni Osservazioni studio dei fenomeni che avvengono in natura studio dei fenomeni che avvengono in natura Esperimenti Esperimenti studio di eventi in condizioni controllate studio di eventi in condizioni controllate Sintesi Sintesi riconoscimento di schemi regolari nelle osservazioni riconoscimento di schemi regolari nelle osservazioni collegamento di idee collegamento di idee Analisi Analisi Confronto dei dati con le aspettative Confronto dei dati con le aspettative

29 © Dario Bressanini 29 Il Metodo Scientifico Ipotesi Ipotesi descrizione o spiegazione di eventi osservati, basata sui dati, che, almeno in linea di principio, puo essere confutata descrizione o spiegazione di eventi osservati, basata sui dati, che, almeno in linea di principio, puo essere confutata Predizione Predizione Capacita di una ipotesi di predire altri eventi o risultati di ulteriori esperimenti Capacita di una ipotesi di predire altri eventi o risultati di ulteriori esperimenti Teoria Teoria Ipotesi verificata molte volte da molte persone, che predice gli eventi accuratamente Ipotesi verificata molte volte da molte persone, che predice gli eventi accuratamente

30 © Dario Bressanini 30 Il Metodo Scientifico Sintesi Ipotesi-Teorie Predizioni Analisi Idee-Assiomi Preconcetti

31 © Dario Bressanini 31 Esempi Meccanica Classica Newtoniana Meccanica Classica Newtoniana Meccanica Quantistica Meccanica Quantistica Relativita Speciale Relativita Speciale Relativita Generale Relativita Generale Elettrodinamica Quantistica Elettrodinamica Quantistica GUT ? GUT ? Astrologia e Oroscopi Astrologia e Oroscopi Omeopatia Omeopatia Cristalloterapia, Fiori di Bach, … Cristalloterapia, Fiori di Bach, … …? …?

32 © Dario Bressanini 32 Evoluzione della Scienza Ho mal dorecchioHo mal dorecchio 2000 BC Tieni, Succhia questa radice miracolosa 1000 AD Quella radice e veleno. Recita questa preghiera 1850 AD Questa preghiera e superstizione. Bevi questa pozione 1940 AD Questa pozione e veleno. Ingoia questa pillola 1985 AD Questa pillola non funziona. Prendi questo antibiotico 2000 AD Questo antibiotico non e Biologico e Naturale. Tieni, succhia questa radice biodinamica


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