Chimica Fisica 1 Modulo A Chimica e Chimica Industriale Dario Bressanini http://scienze-como.uninsubria.it/bressanini

Informazioni Laureato a Milano. Dottorato a Milano Corsi di Chimica Fisica 1 (Modulo A) I anno PROPEDEUTICO Programmazione e Simulazione 3 Crediti III anno (Linguaggio C) Chimica Fisica degli alimenti 7 Crediti II anno sp. Ricevimento: Tel. 031-3286622 dario.bressanini@uninsubria.it Via Lucini 3 - Como © Dario Bressanini

Orario Martedì 9-12 2.1 Mercoledì 9-11 2.1 © Dario Bressanini

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

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

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

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

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

Le Basi Della Chimica © Dario Bressanini

Le Basi Della Chimica Cinetica, Spettroscopia Complementi di Chimica Fisica III anno Meccanica Quantistica e Termodinamica Statistica Chimica Fisica II anno Termodinamica Chimica Fisica 1 Modulo A I anno © Dario Bressanini

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

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 “In science, there is only physics; all the rest is stamp collecting” Ernest Rutherford © Dario Bressanini

Chimica e Matematica "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 - 1808 “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 - 1929 © Dario Bressanini

Scienze e Matematica Non tutti la pensavano alla stessa maniera … 1700 – Fisica Classica 1800 – Elettromagnetismo 1800 – Termodinamica 1900 – Meccanica Quantistica 1940 – Chimica 1970 – Biologia 1980 – Economia Non tutti la pensavano alla stessa maniera … 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 © Dario Bressanini

La Chimica Fisica Termodinamica Classica Termodinamica Statistica Meccanica Quantistica, struttura Atomica e Molecolare Elettrochimica Cinetica Chimica (velocita’ delle reazioni) Spettroscopia (IR, UV, NMR, X, EPR, Laser…) 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.) © Dario Bressanini

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

Che cos’è una molecola? H2 C3 c-C3H  C5 C5H  C6H  CH3C3N  CH2CHOH  AlF  C2H l-C3H  C4H l-H2C4 CH2CHCN HCOOCH3 CH2OHCHO AlCl  C2O C3N  C4Si C2H4  CH3C2H  CH3COOH?  C2 C2S C3O  l-C3H2 CH3CN HC5N  C7H HCO CH2D+  CH  CH2 C3S  c-C3H2 CH3NC  HCOCH3  H2C6 CH4 CH3SH CH+  HCN C2H2 CH2CN CH3OH NH2CH3  CN c-C2H4O  HC3NH+  HC2CHO CO HCO+ HCCN  HC3N NH2CHO CO+ HCS+ HCNH+  HC2NC  C5N CP  HOC+ HNCO HCOOH CSi  H2O HNCS  H2CHN   HCl  H2S HOCO+  H2C2O KCl  HNC H2CO H2NCN NH HNO H2CN  HNC3 NO  MgCN H2CS SiH4 Molecole presenti in comete, nebulose, spazio interstellare… © Dario Bressanini

La Termodinamica E’ alla base della Chimica 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 E’ alla base della Chimica E’ la prima teoria assiomatica completa che studiate © Dario Bressanini

Termodinamica Chimica Il nostro approccio segue la termodinamica “classica”, sviluppata da Gibbs, Maxwell, Helmoltz, Kelvin, Clausius e altri, con in più l’assioma dell’esistenza degli atomi e delle molecole. Partiamo dalle proprieta’ dei Gas e arriviamo all’equilibrio chimico. Studiamo le proprieta’ della materia, lo scambio di energia e la spontaneita’ delle trasformazioni. © Dario Bressanini

Termodinamica Chimica 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 ) Studieremo la Termodinamica dei sistemi in equilibrio © Dario Bressanini

Sviluppo della Termodinamica Rumford 1782 Carnot 1820’s Joule, Kelvin, Clausius 1840’s-60’s Helmholtz 1882 ` Gibbs 1880’s-90’s Caratheodory 1909 Onsager 1930’s Slater 1939 Prigogine 1950’s Katchalsky& Curran Broecker& Oversby 1960’s-70’s Mitchell Collins Houlsby 1970’s,80’s,90’s Truesdell Coleman Noll 1950’s-60’s Bowen 1980 © Dario Bressanini

La Termodinamica intorno a noi © Dario Bressanini

Importanza della Termodinamica La Termodinamica e’ necessaria se si vuole discutere di: Global Warming Effetto Serra Protocollo di Kyoto Inquinamento 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 © Dario Bressanini

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”. © Dario Bressanini

Una Buona Teoria Scientifica Spiega i difetti delle teorie precedenti e le ingloba Ha caratteristiche predittive Spiega fenomeni complessi in termini di fenomeni più semplici (in chimica, fenomeni atomici e molecolari) 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 © Dario Bressanini

Rasoio di Occam Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem William van Occam (1290-1349) Spiegazioni piu’ semplici dello stesso fenomeno sono da preferire a spiegazioni piu’ complicate. © Dario Bressanini

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

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

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

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

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

Evoluzione della Scienza “Ho mal d’orecchio” 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” © Dario Bressanini