Chimica Fisica 1 Modulo A Chimica e Chimica Industriale

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

2. 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.itVia Lucini 3 - Como © Dario Bressanini

3. Orario Martedì 9-12 2.1 Mercoledì 9-112.1 © Dario Bressanini

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

5. 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

6. 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

7. Atkins:Physical Chemistry6th edition Atkins:Physical Chemistry7th edition Libri di Testo Atkins:Physical Chemistry8th edition © Dario Bressanini

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

9. Le Basi Della Chimica © Dario Bressanini

10. 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

11. 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

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

13. 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

14. Scienze e Matematica 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

15. 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

16. 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

17. 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 NH2CH3CN 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

18. La Termodinamica • E’ alla base della Chimica • E’ la prima teoriaassiomatica 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 © Dario Bressanini

19. 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

20. 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

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

22. La Termodinamica intorno a noi © Dario Bressanini

23. 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

24. Una Buona Teoria Scientifica • Spiega i difetti delle teorie precedentie 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

25. 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

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

27. Evoluzione della Scienza “Ho mal d’orecchio” 2000 BC “Tieni, Succhia questa radice miracolosa” 1000AD “Quellaradice e’ veleno. Recita questa preghiera” 1850AD “Questa preghiera e’ superstizione. Bevi questa pozione” 1940AD “Questa pozione e’ veleno. Ingoia questa pillola” 1985AD “Questa pillola non funziona. Prendi questo antibiotico” 2000AD “ Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale. Tieni, succhia questa radice biodinamica” © Dario Bressanini