Primo e secondo principio della termodinamica: concetti ed applicazioni. Gas ideali e reali. Funzioni di stato termodinamiche. Termochimica. Transizioni di fase. Diagrammi di fase. Potenziale chimico. Equilibrio chimico. Soluzioni. Proprieta’ colligative. Tensione superficiale. Esercizi numerici ed esperienze di laboratorio di termodinamica applicata con riferimento anche ai beni culturali.
Peter W. Atkins, Chimica Fisica, Zanichelli Editore, Bologna.
E. Fermi, Termodinamica, Boringhieri Editore, Torino.
Obiettivi Formativi
Conoscenze:
Principi chimico-fisici della termodinamica classica relativi a I e II principio, funzioni di stato, gas ideali, gas reali (Van der Waals), teoria cinetica, proprieta’ colligative, potenziale chimico, transizioni di fase, equilibrio chimico, tensione superficiale, fenomeni di capillarita’, spettroscopia UV-vis.
Competenze acquisite: Per la risoluzione di problemi numerici riguardanti l’applicazione delle nozioni di termodinamica acquisite, nonchè per l’impostazione, l’esecuzione e l’interpretazione di misure sperimentali di laboratorio legate agli argomenti trattati. Per la comprensione delle variabili termodinamiche associabili alle fenomenologie di degrado di beni culturali ed ai materiali/tecniche per la conservazione preventiva.
Capacità acquisite al termine del corso:
Capacità di: (i) applicare concetti della termodi-namica classica alla risoluzione di problemi reali, (ii) interpretare correttamente tutti i risul-tati sperimentali, (iii) operare in un laboratorio chimico-fisico, (iv) lavorare in gruppo, (v) redi-gere la relazione tecnica relativa ad un’espe-rienza di laboratorio chimico-fisico, (vi) esporre oralmente conoscenze e competenze acquisite.
Prerequisiti
Insegnamenti contenenti i prerequisiti (vincolanti e/o consigliati)
Corsi vincolanti: nessuno
Corsi raccomandati: nessuno
Metodi Didattici
CFU:6
Numero di ore relative alle attività in aula: 36
Numero di ore relative ad attività di esercitazioni (in laboratorio e in campo): 28
Altre Informazioni
Frequenza delle lezioni ed esercitazioni: Altamente consigliata.
Modalità di verifica apprendimento
Scritto: presentazione di una relazione tecnica sulle esperienze eseguite durante le sessioni di laboratorio.
Orale: domande sulle relazioni di laboratorio, sulla parte delle lezioni frontali, interpretazione di risultati sperimentali.
Programma del corso
Richiami di termodinamica: primo principio, calore e lavoro; capacità termiche. Funzioni di stato. L’energia interna. Trasformazioni reversibili ed irreversibili. Cp e Cv. Espansione isoterma contro pressione esterna nulla. Espansione isoterma reversibile e irreversibile. Relazione di Meyer. Entalpia. Espansioni adiabatiche di gas ideali. Grandezze intensive ed estensive. I gas reali: l’equazione di Van der Waals. Teoria cinetica di gas ideali. Cinetica di sedimentazione di dispersioni solido-liquido e profili di risalita capillare: equazioni di Stokes, Young-Laplace, Kelvin e Washburn. Sistemi aperti, chiusi, isolati; eterogenei ed omogenei; nozione di fase secondo Gibbs. Funzioni S, G, e F. Diagrammi di stato ad un componente. Entropia di gas ideali e II principio. Diagrammi p-V e campana di Andrews. L’equazione dell’energia. L’equazione di Clausius-Clapeyron. L’equazione di Gibbs-Helmoltz. Leggi di Hess e Kirchhoff. Termochimica. Il potenziale chimico. Potenziale chimico e transizioni di fase. Transizione di fase del I e II ordine termodinamico. Le soluzioni ideali. Tensione di vapore e proprietà colligative. Legge di Raoult. Pressione osmotica ed equazione di Van’t Hoff. Equilibrio chimico ed equazione di Van’t Hoff. Esercizi numerici di termodinamica applicata. Esperienze di laboratorio: determinazione delle cinetiche di adsorbimento di blu di metilene su adsorbente a base di cellulosa mediante spettrofotometria visibile; determinazione di profili di risalita capillare di acqua su campioni porosi di tipo ligneo e litoide con e senza trattamento filmogeno e verifica dell’equazione di Washburn su carta da filtro; determinazione di proprieta’ meccaniche e di assorbimento di acqua di campioni di malta aerea dipinti; determinazione della cinetica di sedimentazione di Ca(OH)2 in funzione del mezzo solvente.