Chimica Fisica
Scienze Ambientali + SBAC
Dario Bressanini
http://scienze-como.uninsubria.it/bressanini
Informazioni

Laureato a Milano. Dottorato a Milano

Corsi di

Termodinamica Chimica
7 Crediti I anno

Programmazione e Simulazione
3 Crediti III anno
(Linguaggio C)
» Gastronomia Molecolare

Dinamica delle Reazioni Chimiche 4 Crediti I anno sp.
(Cinetica Chimica e Dinamica Molecolare)
Ricevimento: Tel. 031-326222 [email protected]
Via Lucini 3 - Como
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2
Orario
Lunedì 9-11 aula 4.14 via Valleggio
Venerdì 12-14 aula S.05 S.Abbondio
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3
Struttura del Corso

Lezione con slides powerpoint

scaricabili da
http://scienze-como.uninsubria.it/bressanini

Prima parte comune a Ambientale e SBAC

Successivamente S.A. con la Dr.ssa Federica Trudu

Anche argomenti extra

Correlati alla Chimica Fisica, anche su vostra richiesta (per
quanto possibile)
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4
Esame

Compito scritto + orale (facoltativo)

Corso semestrale. A gennaio finisce

2 Appelli tra giugno e luglio

1 appello a settembre

2 appelli tra gennaio e febbraio

Appelli straordinari solo per reale necessita’
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5
Consigli in ordine sparso

La matematica e’ importante ... ma non è sufficiente!

… IMPARATE A STUDIARE …

Se qualche cosa non è chiara CHIEDETE!

Studiate con regolarità. NON rimanete indietro.
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6
Libri consigliati
Atkins:
Elementi di Chimica Fisica
Zanichelli
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7
Spunti e Materiale Supplementare

Biblioteca

World Wide Web

La vita di tutti i giorni….
(giornali, TV, fumetti, pubblicita’...)
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8
Requisiti di Matematica

Risoluzione di equazioni. Proprieta’ delle funzioni
elementari (potenze, logaritmi, esponenziali)

Capacita’ di tracciare grafici a partire da funzioni

Cenni di calcolo differenziale in una variabile

Derivate

Differenziali

Integrali
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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
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10
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
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11
Scienze e Matematica
1700
1800
1800
1900
1940
1970
1980
–
–
–
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–
–
–
Fisica Classica
Elettromagnetismo
Termodinamica
Meccanica Quantistica
Chimica
Biologia
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
12
© Dario Bressanini
La Chimica Fisica
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

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.)
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Sviluppi attuali della Chimica Fisica



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


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?
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La Termodinamica
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 rage 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 che studiate
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15
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.

Studiamo le proprieta’ della materia, lo scambio di
energia e la spontaneita’ delle trasformazioni.
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16
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
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Sviluppo della Termodinamica
Rumford
1782
Carnot
1820’s
Joule, Kelvin, Clausius
1840’s
-60’s
Caratheodory
Onsager
Gibbs
1880’s-90’s
1909
`
1930’s
1882
Slater
1939
Truesdell
Coleman
Noll
Katchalsky&
Curran
Broecker&
Oversby
Bowen
Mitchell
Collins
Houlsby
1950’s-60’s
1960’s-70’s
1980
1970’s,80’s,90’s
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Helmholtz
Prigogine
1950’s
18
La Termodinamica intorno a noi
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19
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
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Tullio Regge, La Repubblica 6/15/2001
20
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”.
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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
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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.
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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
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Il Metodo Scientifico

Osservazioni


Esperimenti


studio di eventi in condizioni controllate
Sintesi



studio dei fenomeni che avvengono in natura
riconoscimento di schemi regolari nelle osservazioni
collegamento di idee
Analisi

Confronto dei dati con le aspettative
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Il Metodo Scientifico

Ipotesi


Predizione


descrizione o spiegazione di eventi osservati, basata sui dati,
che, almeno in linea di principio, puo’ essere confutata
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
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Il Metodo Scientifico
Sintesi
Analisi
Idee-Assiomi
Preconcetti
Ipotesi-Teorie
Predizioni
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Esempi

Meccanica Classica Newtoniana

Meccanica Quantistica

Relativita’ Speciale

Relativita’ Generale

Elettrodinamica Quantistica

GUT ?

Astrologia e Oroscopi

Omeopatia

Cristalloterapia, Fiori di Bach, …

…?
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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”
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