Universita’ degli Studi dell’Insubria
Chimica Fisica
Principi e Definizioni
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Realta’ e Modelli

La realta’ e’ spesso troppo complessa per poter essere
studiata in modo semplice, preciso e accurato.

Gli scienziati ricorrono a delle semplificazioni, a volte
drastiche, in modo pero’ da mantenere sempre le
caratteristiche salienti del fenomeno da studiare
Una teoria scientifica deve essere la più semplice
possibile... ma non troppo semplice (A. Einstein)

Si usano dei Modelli
© Dario Bressanini
2
Modelli ?
© Dario Bressanini
3
Modelli

Un modello e’ una costruzione teorica che cerca di
catturare, piu’ o meno fedelmente, uno o piu’ aspetti di
un fenomeno

Un modello semplifica, diminuisce la complessita’ di
un fenomeno, aiuta a capire, ma approssima

Scegliere un modello “corretto” è difficile.
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4
Complessita’
© Dario Bressanini
5
Astrazione

L’astrazione e’ una semplificazione conscia di qualche
aspetto di un fenomeno o di un problema, che ci permette
di concentrarsi sugli aspetti salienti e non sui dettagli

Una rappresentazione di qualche cosa

Spesso meno dettagliata dell’originale

Nasconde o elimina informazione poco o non rilevante

Puo’ essere difficile da capire senza una adeguato allenamento
Il colore di un missile e’ irrilevante per
calcolare la sua traiettoria
© Dario Bressanini
6
Astrazione
© Dario Bressanini
7
Pensare per Modelli
René Magritte
© Dario Bressanini
8
Modelli in Chimica
© Dario Bressanini
9
Sistema, Ambiente e Universo

Nello studio di un fenomeno, si cerca di isolare la
‘zona di spazio’ dove avviene il fenomeno da quello
che la circonda.
Universo
SISTEMA
+
Sistema
AMBIENTE
=
Ambiente
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UNIVERSO
10
Sistema e Ambiente
Sistema
Ambiente

Provetta
- Laboratorio

Branco di leoni
- Savana

Atmosfera terrestre - Superficie terrestre + spazio

Cellula

Economia Italiana - Economie del resto del mondo
- Cellule circostanti

La divisione è abbastanza arbitraria.

Dipende dall’accuratezza desiderata del modello.
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11
Sistemi in Chimica

Vari tipi di sistemi utilizzati in Chimica:
Isolato
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Chiuso
Aperto
12
Sistemi in Chimica

In un sistema adiabatico non vi e’ scambio di calore
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13
Astrazione e Modelli

Il sole è, in prima approssimazione, un recipiente
pieno di un Gas Ideale.

Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una
sfera.

Un bicchiere d’acqua (liquida) NON è, neanche in
prima approssimazione, assimilabile ad un gas.

Si devono trascurare i dettagli insignificanti,
o trascurabili... ma solo quelli.

Un modello È NECESSARIO!!!
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14
Astrazione e Modelli

I modelli possono essere migliorati


Gas Solare
Gas + Fotoni + Elettroni
L’astrazione e la costruzione del modello permette
alla matematica di agire (in modo quasi meccanico e
automatico ... se si sa come fare) per trarre le logiche
conseguenze dalle ipotesi di partenza. In questo
modo trascuriamo i dettagli insignificanti, (il colore
del cavallo), o trascurabili, (la coda del cavallo).
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Modelli Macroscopici e Microscopici

© Dario Bressanini
Descriviamo il contenuto di un
cilindro di Automobile

Composizione

Volume

Pressione

Densita’

Temperatura

Colore

Conducibilita’ termica

??????
16
Modelli Macroscopici

Per altri sistemi le grandezze più utili possono essere
altre:


Pila: il volume è poco utile, mentre è fondamentale il
potenziale elettrico
Stella: sono fondamentali colore e luminosita’
Queste grandezze sono esprimibili in forma numerica,
e possono quindi essere considerate delle coordinate

Le coordinate descrivono lo stato interno del sistema
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Grandezze Macroscopiche

Non implicano ipotesi particolari sulla struttura della
materia (non richiedono atomi e molecole!).

Servono “poche” grandezze per descrivere il sistema
(quante ?).

Le coordinate macroscopiche sono (più o meno),
suggerite dai nostri sensi.

Possono essere misurate direttamente.
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18
Modelli Microscopici

Il sistema è composto da un numero enorme di
particelle che possono interagire fra loro

Il numero elevato di particelle permette di utilizzare
tecniche statistiche e di ottenere valori medi
(termodinamica statistica)

Concetti quali “pressione” e “temperatura” sono
PRIVI DI SENSO a livello atomico. La
termodinamica statistica definisce le varie grandezze
macroscopiche a partire da quelle microscopiche
(coordinate, velocita’, stati quantici)
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Grandezze Microscopiche

Si DEVE ipotizzare l’esistenza degli atomi e molecole

Le cordinate in gioco sono tantissime (N)

Le varie grandezze NON sono accessibili
nell’esperienza quotidiana

Le grandezze microscopiche NON si possono misurare
direttamente
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20
Microscopico - Macroscopico

1 mole = 6.023 1023 particelle
602,300,000,000,000,000,000,000

Per descrivere completamente 1 litro di acqua, dovrei
specificare le coordinate e le velocita’ di ogni molecola
(6 coordinate per particella)

Tuttavia, 1 litro di acqua all’equilibrio, puo’ essere
descritta semplicemente specificando la pressione, la
temperatura.
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Termodinamica Classica e Statistica
1 Kg
Termodinamica Classica
Calcola proprieta’ specifiche
delle varie sostanze
Meccanica Statistica
Meccanica Quantistica
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Relazioni Generali tra variabili
termodinamiche macroscopiche
La Meccanica Quantistica
permette di calcolare I livelli
energetici di Atomi e Molecole
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Termodinamica Classica e Statistica
Termodinamica Statistica: approccio Microscopico
Ha bisogno dei livelli energetici del sistema
Termodinamica Classica: approccio Macroscopico
Ha bisogno dei dati calcolati dalla Termodinamica
Statistica, o di dati sperimentali
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1-16
Grandezze Intensive ed Estensive

Proprieta’ che dipendono dalla quantita’ di materia
sono chiamate Estensive

Proprieta’ indipendenti dalla quantita’ di materia sono
chiamate Intensive
m
V
T
p
E
ρ
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m/2
V/2
T
p
E/2
ρ
m/2
V/2
T
p
E/2
ρ
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