Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, ioni e molecole, legami ionici e covalenti, interazioni intermolecolari, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale). E’ prevista la propedeuticità dell’insegnamento di Chimica Generale e Inorganica.

Il corso illustra i fondamenti della termodinamica e della cinetica chimica. I principi della termodinamica vengono descritti quali vincoli chimico-fisici che regolano i processi di trasformazione della materia e di conversione dell’energia, fornendo le basi per una lettura della sostenibilità ambientale in chiave biofisica.

I risultati di apprendimento attesi, in coerenza con i Descrittori di Dublino, prevedono:

• la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia e influenzano le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente;
• la comprensione del significato statistico di entropia e il ruolo chiave di questa funzione di stato nell’ambito dell’evoluzione (entropia come “freccia del tempo”);
• la comprensione dei concetti di equilibrio termodinamico e di stato stazionario;
• la comprensione dei vincoli chimico-fisici, stabiliti dai principi fondamentali della termodinamica (conservazione e dissipazione dell’energia), che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente e pongono limiti allo sfruttamento delle risorse;
• la capacità di razionalizzare e prevedere il comportamento macroscopico della materia sulla base della sua natura microscopica molecolare;
• la capacità di valutare in termini quantitativi grandezze termodinamiche di interesse ambientale (potere calorifico, efficienza energetica di macchine termiche e frigorifere, lavoro utile, variazioni entropiche, ecc);
• la capacità di leggere in chiave termodinamica i diversi fenomeni naturali (ruolo dell’acqua nella mitigazione del clima, bilancio energetico dell’ecosfera, irreversibilità ed evoluzione, ecc.);
• la capacità di razionalizzare e prevedere l’effetto delle diverse variabili sulla velocità dei processi di trasformazione della materia;
• la capacità di descrivere le diverse trasformazioni chimico-fisiche (espansioni, compressioni, transizioni di fase, reazioni chimiche) con la terminologia appropriata, evidenziando gli effetti termici e gli scambi energetici con l’ambiente (processi endo ed eso-termici, adiabatici, isocori, isobari, isotermi);
• la capacità di eseguire procedure strumentali e di laboratorio per la raccolta di dati sperimentali di carattere chimico-fisico;
• la capacità di elaborare dati chimico-fisici mediante fogli di calcolo elettronici per l’estrapolazione di grandezze di interesse termodinamico e cinetico.

Sono previsti 4 CFU di lezioni teoriche e 2 CFU di attività di laboratorio ed esercitazioni.

Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e/o del video-proiettore (presentazioni power-point). I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.

I CFU di esercitazione prevedono sia lo svolgimento di esercitazioni numeriche in aula che l’esecuzione di esperienze di laboratorio. Per quanto concerne le esercitazioni numeriche, generalmente lo studente è invitato a impostare la risoluzione del problema proposto in maniera autonoma, per poi verificare il proprio operato nel corso dello svolgimento alla lavagna a cura della docente o di un collega di corso opportunamente guidato.

Le due esperienze di laboratorio previste vertono sulla calorimetria e sulla cinetica chimica. Prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 10 studenti e consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dal docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Non è possibile sostenere l’esame se non è stato superato l’esame di Chimica Generale e Inorganica.

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema. Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali. Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Termochimica. Seconda legge della termodinamica. Entropia classica ed entropia statistica. Entropia come “freccia del tempo”. Macchine termiche e frigorifere. Rendimento termodinamico ed efficienza. Reversibilità ed equilibrio, irreversibilità e spontaneità. Definizione di stato stazionario. Terza legge della termodinamica. Termodinamica delle transizioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua e loro significato ambientale e biologico. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Energia libera di Gibbs ed equilibrio chimico. Diagrammi di stato ad un componente. Sistemi a composizione variabile e grandezze parziali molari. Cinetica chimica. Esperienze di laboratorio: determinazione del potere calorifico superiore di un pellet vegetale mediante calorimetro di Mahler, determinazione dell’ordine di reazione e dell’energia di attivazione di una reazione chimica di ossido-riduzione.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli

P.W. Atkins, J. de Paula, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli

Si richiedono nozioni di base di chimica-fisica e di matematica. In particolare, è necessario conoscere i principi della termodinamica e il significato della funzione di stato entropia.

L'evoluzione della biosfera alla luce del secondo principio della termodinamica. Processi naturali come processi irreversibili. Termodinamica delle trasformazioni irreversibili in sistemi chiusi e aperti. Energetica degli ecosistemi. Sistemi biologici e sistemi ecologici come strutture dissipative sostenute da gradienti fisici e chimici. Caratteristiche dei sistemi complessi. Catene trofiche come catene neghentropiche. Indicatori termodinamici di sostenibilità.

Il corso intende fornire allo studente gli strumenti chimico-fisici per una lettura termodinamica dell'evoluzione biologica e della sostenibilità ambientale. I contenuti dell'insegnamento mirano a consolidare il concetto di "processo naturale", inteso come "processo termodinamicamente irreversibile", e il concetto di "sostenibilità" inteso come "rispetto dei vincoli biofisici che consentono il mantenimento della complessità biologica ed ecologica". 

L'insegnamento si compone di 3 CFU di lezioni frontali. Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e del video-proiettore (presentazioni power-point). I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.  Il materiale didattico integrativo, comprendente anche le slides presentate nel corso delle lezioni, è fornito dal docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Il conseguimento dei crediti attribuiti all’insegnamento è ottenuto mediante colloquio orale con votazione finale in trentesimi ed eventuale lode.

I sistemi ecologici come sistemi termodinamici. Irreversibilità dei processi naturali. Ruolo della funzione di stato entropia nell’evoluzione degli ecosistemi. Postulati fondamentali della termodinamica irreversibile. Sistemi lontani dall’equilibrio in regime lineare e non lineare. Flussi, forze ed equazioni fenomenologiche. Stati stazionari. Strtture dissipative. Sistemi complessi. Potenziale efficace e parametri d'ordine. Criteri di stabilità degli stati stazionari. Aspetti termodinamici della bioenergetica. Ruolo chiave della fotosintesi nel bilancio energetico ed entropico del sistema Terra. Il modello ecodinamico. Neghentropia. Catene neghentropiche e limitazioni termodinamiche allo sfruttamento delle risorse. Aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni di trasferimento elettronico fotoindotto. Exergia. Dissipazione e degradazione dell’energia. Temperatura radiativa e degradazione energetica. Effetto serra e sue ripercussioni sulle capacità degradative dell’ecosistema terrestre. Emergia e transformity. Co-prodotti, split e retroazioni. Indicatori termodinamici di sostenibilità.

V. Vitagliano, Appunti sulla termodinamica dei processi irreversibili, Liguori Editore (Napoli).

I. Prigogine, Introduction to thermodynamics of irreversible processes, Interscience Publishers (London).

E. Tiezzi, C. Dejak, D. Pitea, C. Rossi, Chimica Fisica per le Scienze Ambientali, ETAS (Milano)

Materiale didattico fornito dal docente (disponibile in "Materiale Didattico")

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, ioni e molecole, legami ionici e covalenti, interazioni intermolecolari, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale). E’ prevista la propedeuticità dell’insegnamento di Chimica Generale e Inorganica.

Il corso illustra i fondamenti della termodinamica e della cinetica chimica. I principi della termodinamica vengono descritti quali vincoli chimico-fisici che regolano i processi di trasformazione della materia e di conversione dell’energia, fornendo le basi per una lettura della sostenibilità ambientale in chiave biofisica.

I risultati di apprendimento attesi, in coerenza con i Descrittori di Dublino, prevedono:

1. la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia e influenzano le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente;
2. la comprensione del significato statistico di entropia e il ruolo chiave di questa funzione di stato nell’ambito dell’evoluzione (entropia come “freccia del tempo”);
3. la comprensione dei concetti di equilibrio termodinamico e di stato stazionario;
4. la comprensione dei vincoli chimico-fisici, stabiliti dai principi fondamentali della termodinamica (conservazione e dissipazione dell’energia), che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente e pongono limiti allo sfruttamento delle risorse;
5.  la capacità di razionalizzare e prevedere il comportamento macroscopico della materia sulla base della sua natura microscopica molecolare;
6. la capacità di valutare in termini quantitativi grandezze termodinamiche di interesse ambientale (potere calorifico, efficienza energetica di macchine termiche e frigorifere, lavoro utile, variazioni entropiche, ecc);
7. la capacità di leggere in chiave termodinamica i diversi fenomeni naturali (ruolo dell’acqua nella mitigazione del clima, bilancio energetico dell’ecosfera, irreversibilità ed evoluzione, ecc.);
8. la capacità di razionalizzare e prevedere l’effetto delle diverse variabili sulla velocità dei processi di trasformazione della materia;
9. la capacità di descrivere le diverse trasformazioni chimico-fisiche (espansioni, compressioni, transizioni di fase, reazioni chimiche) con la terminologia appropriata, evidenziando gli effetti termici e gli scambi energetici con l’ambiente (processi endo ed eso-termici, adiabatici, isocori, isobari, isotermi);
10. la capacità di eseguire procedure strumentali e di laboratorio per la raccolta di dati sperimentali di carattere chimico-fisico;
11. la capacità di elaborare dati chimico-fisici mediante fogli di calcolo elettronici per l’estrapolazione di grandezze di interesse termodinamico e cinetico.

Sono previsti 4 CFU di lezioni teoriche e 2 CFU di attività di laboratorio ed esercitazioni.

Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e/o del video-proiettore (presentazioni power-point). I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.

I CFU di esercitazione prevedono sia lo svolgimento di esercitazioni numeriche in aula che l’esecuzione di esperienze di laboratorio. Per quanto concerne le esercitazioni numeriche, generalmente lo studente è invitato a impostare la risoluzione del problema proposto in maniera autonoma, per poi verificare il proprio operato nel corso dello svolgimento alla lavagna a cura della docente o di un collega di corso opportunamente guidato.

Le due esperienze di laboratorio previste vertono sulla calorimetria e sulla cinetica chimica. Prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti e consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dalla docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Non è possibile sostenere l’esame se non è stato superato l’esame di Chimica Generale e Inorganica.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL.

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Calendario esami 2022-2023

Calendario attività didattiche

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema. Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali. Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Termochimica. Seconda legge della termodinamica. Entropia classica ed entropia statistica. Entropia come “freccia del tempo”. Macchine termiche e frigorifere. Rendimento termodinamico ed efficienza. Reversibilità ed equilibrio, irreversibilità e spontaneità. Definizione di stato stazionario. Terza legge della termodinamica. Termodinamica delle transizioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua e loro significato ambientale e biologico. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Energia libera di Gibbs ed equilibrio chimico. Diagrammi di stato ad un componente. Sistemi a composizione variabile e grandezze parziali molari. Cinetica chimica. Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli

P.W. Atkins, J. de Paula, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli

Si richiedono nozioni di base di chimica-fisica e di matematica. In particolare è necessario conoscere i principi della termodinamica e il significato della funzione di stato entropia.

L'evoluzione della biosfera alla luce del secondo principio della termodinamica. Processi naturali come processi irreversibili. Termodinamica delle trasformazioni irreversibili in sistemi chiusi e aperti. Energetica degli ecosistemi. Sistemi biologici e sistemi ecologici come strutture dissipative sostenute da gradienti fisici e chimici. Caratteristiche dei sistemi complessi. Catene trofiche come catene neghentropiche. Indicatori termodinamici di sostenibilità. 

Il corso intende fornire allo studente gli strumenti chimico-fisici per una lettura termodinamica dell'evoluzione biologica e della sostenibilità ambientale. I contenuti dell'insegnamento mirano a consolidare il concetto di "processo naturale", inteso come "processo termodinamicamente irreversibile", e il concetto di "sostenibilità" inteso come "rispetto dei vincoli biofisici che consentono il mantenimento della complessità biologica ed ecologica".  

L'insegnamento si compone di 3 CFU di lezioni frontali. Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e del video-proiettore (presentazioni power-point). I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.  Il materiale didattico integrativo, comprendente anche le slides presentate nel corso delle lezioni, è fornito dalla docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Il conseguimento dei crediti attribuiti all’insegnamento è ottenuto mediante colloquio orale con votazione finale in trentesimi ed eventuale lode. 

I sistemi ecologici come sistemi termodinamici. Irreversibilità dei processi naturali. Ruolo della funzione di stato entropia nell’evoluzione degli ecosistemi. Postulati fondamentali della termodinamica irreversibile. Sistemi lontani dall’equilibrio in regime lineare e non lineare. Flussi, forze ed equazioni fenomenologiche. Stati stazionari. Strtture dissipative. Sistemi complessi. Potenziale efficace e parametri d'ordine. Criteri di stabilità degli stati stazionari. Aspetti termodinamici della bioenergetica. Ruolo chiave della fotosintesi nel bilancio energetico ed entropico del sistema Terra. Il modello ecodinamico. Neghentropia. Catene neghentropiche e limitazioni termodinamiche allo sfruttamento delle risorse. Aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni di trasferimento elettronico fotoindotto. Exergia. Dissipazione e degradazione dell’energia. Temperatura radiativa e degradazione energetica. Effetto serra e sue ripercussioni sulle capacità degradative dell’ecosistema terrestre. Emergia e transformity. Co-prodotti, split e retroazioni. Indicatori termodinamici di sostenibilità.

V. Vitagliano, Appunti sulla termodinamica dei processi irreversibili, Liguori Editore (Napoli). 
I. Prigogine, Introduction to thermodynamics of irreversible processes, Interscience Publishers 
(London). 
E. Tiezzi, C. Dejak, D. Pitea, C. Rossi, Chimica Fisica per le Scienze Ambientali, ETAS (Milano)

Materiale didattico fornito dalla docente (disponibile in "Materiale Didattico")

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, ioni e molecole, legami ionici e covalenti, interazioni intermolecolari, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale). E’ prevista la propedeuticità dell’insegnamento di Chimica Generale e Inorganica.

Il corso illustra i fondamenti della termodinamica e della cinetica chimica. I principi della termodinamica vengono descritti quali vincoli chimico-fisici che regolano i processi di trasformazione della materia e di conversione dell’energia, fornendo le basi per una lettura della sostenibilità ambientale in chiave biofisica.

I risultati di apprendimento attesi, in coerenza con i Descrittori di Dublino, prevedono:

1. la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia e influenzano le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente;
2. la comprensione del significato statistico di entropia e il ruolo chiave di questa funzione di stato nell’ambito dell’evoluzione (entropia come “freccia del tempo”);
3. la comprensione dei concetti di equilibrio termodinamico e di stato stazionario;
4. la comprensione dei vincoli chimico-fisici, stabiliti dai principi fondamentali della termodinamica (conservazione e dissipazione dell’energia), che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente e pongono limiti allo sfruttamento delle risorse;
5.  la capacità di razionalizzare e prevedere il comportamento macroscopico della materia sulla base della sua natura microscopica molecolare;
6. la capacità di valutare in termini quantitativi grandezze termodinamiche di interesse ambientale (potere calorifico, efficienza energetica di macchine termiche e frigorifere, lavoro utile, variazioni entropiche, ecc);
7. la capacità di leggere in chiave termodinamica i diversi fenomeni naturali (ruolo dell’acqua nella mitigazione del clima, bilancio energetico dell’ecosfera, irreversibilità ed evoluzione, ecc.);
8. la capacità di razionalizzare e prevedere l’effetto delle diverse variabili sulla velocità dei processi di trasformazione della materia;
9. la capacità di descrivere le diverse trasformazioni chimico-fisiche (espansioni, compressioni, transizioni di fase, reazioni chimiche) con la terminologia appropriata, evidenziando gli effetti termici e gli scambi energetici con l’ambiente (processi endo ed eso-termici, adiabatici, isocori, isobari, isotermi);
10. la capacità di eseguire procedure strumentali e di laboratorio per la raccolta di dati sperimentali di carattere chimico-fisico;
11. la capacità di elaborare dati chimico-fisici mediante fogli di calcolo elettronici per l’estrapolazione di grandezze di interesse termodinamico e cinetico.

Sono previsti 4 CFU di lezioni teoriche e 2 CFU di attività di laboratorio ed esercitazioni.

Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e/o del video-proiettore (presentazioni power-point). I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.

I CFU di esercitazione prevedono sia lo svolgimento di esercitazioni numeriche in aula che l’esecuzione di esperienze di laboratorio. Per quanto concerne le esercitazioni numeriche, generalmente lo studente è invitato a impostare la risoluzione del problema proposto in maniera autonoma, per poi verificare il proprio operato nel corso dello svolgimento alla lavagna a cura della docente o di un collega di corso opportunamente guidato.

Le due esperienze di laboratorio previste vertono sulla calorimetria e sulla cinetica chimica. Prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti e consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dalla docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Non è possibile sostenere l’esame se non è stato superato l’esame di Chimica Generale e Inorganica.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL.

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Calendario esami 2020-2021: http://www.scienzemfn.unisalento.it/c/document_library/get_file?uuid=a806ce6b-def7-41f0-bf99-cab9e60dfa69&groupId=834089

Calendario attività didattiche: http://www.scienzemfn.unisalento.it/540

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema. Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali. Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Termochimica. Seconda legge della termodinamica. Entropia classica ed entropia statistica. Entropia come “freccia del tempo”. Macchine termiche e frigorifere. Efficienza. Reversibilità ed equilibrio, irreversibilità e spontaneità. Definizione di stato stazionario. Terza legge della termodinamica. Termodinamica delle transizioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua e loro significato ambientale e biologico. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Energia libera di Gibbs ed equilibrio chimico. Diagrammi di stato ad un componente. Sistemi a composizione variabile e grandezze parziali molari. Cinetica chimica. Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli

P.W. Atkins, J. de Paula, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli

Si richiedono nozioni di base di chimica-fisica e di matematica.

Termodinamica delle trasformazioni irreversibili in sistemi chiusi, aperti e in sistemi sottoposti a flussi di energia. Formazione di strutture ordinate in sistemi complessi come necessità termodinamica. Esempi notevoli: l'evoluzione biologica, il sistema preda-predatore, la propagazione di un virus in una popolazione. 

Il modulo di Chimica Fisica dei sistemi ecologici si propone di fornire i metodi chimico-fisici per valutare l’evoluzione di sistemi complessi, tra i quali principalmente sistemi ecologici, lontani dall’equilibrio, condizione questa necessaria alla nascita di strutture complesse ed organizzate.

Il modulo si compone di 3 CFU di lezioni frontali. L'illustrazione e la spiegazione dei contenuti del corso avviene anche attraverso presentazioni power-point, rese disponibili agli studenti come materiale didattico.

Il conseguimento dei crediti attribuiti all’insegnamento è ottenuto mediante colloquio orale con votazione finale in trentesimi ed eventuale lode.

I sistemi ecologici come sistemi termodinamici. Irreversibilità dei processi naturali. Ruolo della funzione di stato entropia nell’evoluzione degli ecosistemi. Postulati fondamentali della termodinamica irreversibile. Sistemi lontani dall’equilibrio in regime lineare e non lineare. Flussi, forze ed equazioni fenomenologiche. Stati stazionari. Criteri di stabilità degli stati stazionari. Le equazioni che governano l'evoluzione di un sistema ecologico. Esempi di modelli differenziali nelle scienze biomediche. Le cellule come sistemi aperti lontani dall’equilibrio. Aspetti termodinamici della bioenergetica. Il modello ecodinamico. Neghentropia. Catene neghentropiche e limitazioni termodinamiche allo sfruttamento delle risorse. Dissipazione e degradazione dell’energia. Effetto serra.

V. Vitagliano, Appunti sulla termodinamica dei processi irreversibili, Liguori Editore (Napoli). 
I. Prigogine, Introduction to thermodynamics of irreversible processes, Interscience Publishers 
(London). 
E. Tiezzi, C. Dejak, D. Pitea, C. Rossi, Chimica Fisica per le Scienze Ambientali, ETAS (Milano)

Materiale didattico fornito dalla docente

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, ioni e molecole, legami ionici e covalenti, interazioni intermolecolari, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale). E’ prevista la propedeuticità dell’insegnamento di Chimica Generale e Inorganica.

Il corso illustra i fondamenti della termodinamica e della cinetica chimica. I principi della termodinamica vengono descritti quali vincoli chimico-fisici che regolano i processi di trasformazione della materia e di conversione dell’energia, fornendo le basi per una lettura della sostenibilità ambientale in chiave biofisica.

I risultati di apprendimento attesi, in coerenza con i Descrittori di Dublino, prevedono:

1. la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia e influenzano le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente;
2. la comprensione del significato statistico di entropia e il ruolo chiave di questa funzione di stato nell’ambito dell’evoluzione (entropia come “freccia del tempo”);
3. la comprensione dei concetti di equilibrio termodinamico e di stato stazionario;
4. la comprensione dei vincoli chimico-fisici, stabiliti dai principi fondamentali della termodinamica (conservazione e dissipazione dell’energia), che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente e pongono limiti allo sfruttamento delle risorse;
5.  la capacità di razionalizzare e prevedere il comportamento macroscopico della materia sulla base della sua natura microscopica molecolare;
6. la capacità di valutare in termini quantitativi grandezze termodinamiche di interesse ambientale (potere calorifico, efficienza energetica di macchine termiche e frigorifere, lavoro utile, variazioni entropiche, ecc);
7. la capacità di leggere in chiave termodinamica i diversi fenomeni naturali (ruolo dell’acqua nella mitigazione del clima, bilancio energetico dell’ecosfera, irreversibilità ed evoluzione, ecc.);
8. la capacità di razionalizzare e prevedere l’effetto delle diverse variabili sulla velocità dei processi di trasformazione della materia;
9. la capacità di descrivere le diverse trasformazioni chimico-fisiche (espansioni, compressioni, transizioni di fase, reazioni chimiche) con la terminologia appropriata, evidenziando gli effetti termici e gli scambi energetici con l’ambiente (processi endo ed eso-termici, adiabatici, isocori, isobari, isotermi);
10. la capacità di eseguire procedure strumentali e di laboratorio per la raccolta di dati sperimentali di carattere chimico-fisico;
11. la capacità di elaborare dati chimico-fisici mediante fogli di calcolo elettronici per l’estrapolazione di grandezze di interesse termodinamico e cinetico.

Sono previsti 4 CFU di lezioni teoriche e 2 CFU di attività di laboratorio ed esercitazioni.

Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e/o del video-proiettore (presentazioni power-point). I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.

I CFU di esercitazione prevedono sia lo svolgimento di esercitazioni numeriche in aula che l’esecuzione di esperienze di laboratorio. Per quanto concerne le esercitazioni numeriche, generalmente lo studente è invitato a impostare la risoluzione del problema proposto in maniera autonoma, per poi verificare il proprio operato nel corso dello svolgimento alla lavagna a cura della docente o di un collega di corso opportunamente guidato.

Le due esperienze di laboratorio previste vertono sulla calorimetria e sulla cinetica chimica. Prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti e consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dalla docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Non è possibile sostenere l’esame se non è stato superato l’esame di Chimica Generale e Inorganica.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL.

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Calendario esami 2020-2021: http://www.scienzemfn.unisalento.it/c/document_library/get_file?uuid=a806ce6b-def7-41f0-bf99-cab9e60dfa69&groupId=834089

Calendario attività didattiche: http://www.scienzemfn.unisalento.it/540

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema. Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali. Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Termochimica. Seconda legge della termodinamica. Entropia classica ed entropia statistica. Entropia come “freccia del tempo”. Macchine termiche e frigorifere. Efficienza. Reversibilità ed equilibrio, irreversibilità e spontaneità. Definizione di stato stazionario. Terza legge della termodinamica. Termodinamica delle transizioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua e loro significato ambientale e biologico. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Energia libera di Gibbs ed equilibrio chimico. Diagrammi di stato ad un componente. Sistemi a composizione variabile e grandezze parziali molari. Cinetica chimica. Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli

P.W. Atkins, J. de Paula, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, ioni e molecole, legami ionici e covalenti, interazioni intermolecolari, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale). E’ prevista la propedeuticità dell’insegnamento di Chimica Generale e Inorganica.

Il corso illustra i fondamenti della termodinamica e della cinetica chimica. I principi della termodinamica vengono descritti quali vincoli chimico-fisici che regolano i processi di trasformazione della materia e di conversione dell’energia, fornendo le basi per una lettura della sostenibilità ambientale in chiave biofisica.

I risultati di apprendimento attesi, in coerenza con i Descrittori di Dublino, prevedono:

1. la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia e influenzano le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente;
2. la comprensione del significato statistico di entropia e il ruolo chiave di questa funzione di stato nell’ambito dell’evoluzione (entropia come “freccia del tempo”);
3. la comprensione dei concetti di equilibrio termodinamico e di stato stazionario;
4. la comprensione dei vincoli chimico-fisici, stabiliti dai principi fondamentali della termodinamica (conservazione e dissipazione dell’energia), che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente e pongono limiti allo sfruttamento delle risorse;
5.  la capacità di razionalizzare e prevedere il comportamento macroscopico della materia sulla base della sua natura microscopica molecolare;
6. la capacità di valutare in termini quantitativi grandezze termodinamiche di interesse ambientale (potere calorifico, efficienza energetica di macchine termiche e frigorifere, lavoro utile, variazioni entropiche, ecc);
7. la capacità di leggere in chiave termodinamica i diversi fenomeni naturali (ruolo dell’acqua nella mitigazione del clima, bilancio energetico dell’ecosfera, irreversibilità ed evoluzione, ecc.);
8. la capacità di razionalizzare e prevedere l’effetto delle diverse variabili sulla velocità dei processi di trasformazione della materia;
9. la capacità di descrivere le diverse trasformazioni chimico-fisiche (espansioni, compressioni, transizioni di fase, reazioni chimiche) con la terminologia appropriata, evidenziando gli effetti termici e gli scambi energetici con l’ambiente (processi endo ed eso-termici, adiabatici, isocori, isobari, isotermi);
10. la capacità di eseguire procedure strumentali e di laboratorio per la raccolta di dati sperimentali di carattere chimico-fisico;
11. la capacità di elaborare dati chimico-fisici mediante fogli di calcolo elettronici per l’estrapolazione di grandezze di interesse termodinamico e cinetico.

Sono previsti 4 CFU di lezioni teoriche e 2 CFU di attività di laboratorio ed esercitazioni.

NOTA "Emergenza COVID-19 (nota del delegato alla didattica Prof. Pisanò - comunicazione UniSalento 90/2020, DR n.197/2020)": Fino al termine dell'emergenza le lezioni si svolgeranno in modalità telematica (mediante piattaforma Teams).  La docente illustrerà i vari contenuti mediante l'ausilio di presentazioni Power Point, che saranno reperibili alla voce "Materiale Didattico" di questa scheda o nella cartella "file" del Canale Teams.  

Le esercitazioni di laboratorio prevederanno la descrizione degli aspetti pratici mediante video o presentazioni Power Point e l'esecuzione della parte elaborativa dei dati mediante il file excel ( gli studenti, opportunamente istruiti,  lavoreranno autonomamente e condivideranno con la docente il lavoro svolto sempre mediante la piattaforma Teams). Non è previsto partizionamento in gruppi. Parte dei CFU di laboratorio sarà riservata allo svolgimento (con relativo commento) di esercizi di termodinamica chimica.

Per conoscenza si riportano di seguito i metodi tradizionali di erogazione del corso:

Le lezioni sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna. I diversi concetti teorici sono illustrati con il supporto del formalismo matematico e resi più accessibili mediante la formulazione di diversi esempi pratici.

I CFU di esercitazione prevedono sia lo svolgimento di esercitazioni numeriche in aula che l’esecuzione di esperienze di laboratorio. Per quanto concerne le esercitazioni numeriche, generalmente lo studente è invitato a impostare la risoluzione del problema proposto in maniera autonoma, per poi verificare il proprio operato nel corso dello svolgimento alla lavagna a cura della docente o di un collega opportunamente guidato.

Le due esperienze di laboratorio previste vertono sulla calorimetria e sulla cinetica chimica. Prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti e consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dalla docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Non è possibile sostenere l’esame se non è stato superato l’esame di Chimica Generale e Inorganica.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL. Calendario attività didattiche: http://www.scienzemfn.unisalento.it/540

NOTA "Emergenza COVID-19 (nota del delegato alla didattica Prof. Pisanò - comunicazione UniSalento 90/2020, DR n.197/2020)": Fino al termine dell'emergenza gli esami si svolgeranno in modalità telematica (mediante piattaforma Teams). Gli studenti iscritti riceveranno il link per l'accesso immediato al canale. La modalità telematica non prevede prova scritta. Lo studente sarà invitato ad impostare oralmente la risoluzione di un esercizio di termodinamica e le domande a risposta multipla saranno sostituite da domande aperte. Di seguito si riportano le modalità d'esame, che ritorneranno in vigore al termine dell'emergenza:

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema. Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali. Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Termochimica. Seconda legge della termodinamica. Entropia classica ed entropia statistica. Entropia come “freccia del tempo”. Macchine termiche e frigorifere. Efficienza. Reversibilità ed equilibrio, irreversibilità e spontaneità. Definizione di stato stazionario. Terza legge della termodinamica. Termodinamica delle transizioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua e loro significato ambientale e biologico. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Energia libera di Gibbs ed equilibrio chimico. Diagrammi di stato ad un componente. Sistemi a composizione variabile e grandezze parziali molari. Cinetica chimica. Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli

P.W. Atkins, J. de Paula, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, legami ionici e covalenti, ioni e molecole, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale).

Nozioni di base di termodinamica e di cinetica chimica

Il corso si propone di far acquisire allo studente la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia, le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente. Vengono forniti gli strumenti per una lettura termodinamica dei fenomeni naturali e per la comprensione dei vincoli chimico-fisici che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente.

Sono previsti 4 CFU di lezioni frontali e 2 CFU di attività di laboratorio ed esercitazioni.

Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna. I CFU di esercitazione prevedono lo svolgimento di esercizi in aula e l’esecuzione di esperienze di laboratorio, che consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. Le  esperienze pratiche prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dal docente e disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

Non è possibile sostenere l’esame se non è stato superato l’esame di Chimica Generale e Inorganica.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL. Calendario attività didattiche: http://www.scienzemfn.unisalento.it/540

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

NOTA "Emergenza COVID-19 (nota del delegato alla didattica Prof. Pisanò - comunicazione UniSalento 90/2020, DR n.197/2020)": Fino al termine dell'emergenza gli appelli si svolgeranno in modalità telematica (mediante piattaforma Teams). Gli studenti iscritti riceveranno il link per l'accesso immediato al canale. La modalità telematica non prevede prova scritta. Lo studente sarà invitato ad impostare oralmente la risoluzione di un esercizio di termodinamica e le domande a risposta multipla saranno sostituite da domande aperte.

14 aprile 2020 ore 15.00

link per partecipare (previa prenotazione) o assistere alla seduta telematica:

https://teams.microsoft.com/l/channel/19%3a6eb4a7ee5587480d85f6b8c5d1e0e4fd%40thread.tacv2/Generale?groupId=11908276-90c8-4bff-9f9e-5827c8fb5e0b&tenantId=8d49eb30-429e-4944-8349-dee009bdd7da

L’insegnamento è previsto nel secondo semestre.

Calendario attività didattiche: http://www.scienzemfn.unisalento.it/540

Curriculum docente:

Livia Giotta si è laureata in CHIMICA con lode presso l'Università di Bari nel 1999. Ha conseguito il titolo di dottore di ricerca in Scienze Chimiche presso la stessa Università con una tesi intitolata "Redox transitions in mitochondrial and bacterial bc1 complexstudied by ATR-FTIR spectroscopy", dopo aver svolto ricerche presso il GlynnLaboratory of Bioenergetics (University College London) e il Department of Biochemistry dell'Università dell'Illinois (USA).

Dal novembre 2002 è ricercatrice presso la Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali dell'Università del Salento per il ssd CHIM/02 (Chimica Fisica). Si occupa di chimica fisica dei sistemi biologici, in particolare della bioenergetica della fotosintesi clorofilliana, delle potenzialità dei batteri fotosintetici in ambito ambientale (bioremediation) e dello sviluppo e caratterizzazione di sistemi biomimetici. Si interessa di tecniche innovative in spettroscopia infrarossa per lo studio funzionale di film sottili organici e biologici.

È autrice/coautrice di numerose pubblicazioni su riviste ISI e di parecchi contributi a congressi nazionali e internazionali. Svolge regolarmente attività di referee per diverse riviste tra cui "Langmuir", “Colloids and Surfaces”, "Vibrationalspectroscopy", "Water Research", "Bioresource Technology", “Molecules”.

A partire dall’a.a. 2003-2004 ricopre incarichi didattici presso la Facoltà di Scienze MM. FF. NN. Dell’Università del Salento. Ha coperto per affidamento gli insegnamenti di Chimica Fisica dei Sistemi Ecologici (Corso di laurea in Valutazione di impatto e Certificazione Ambientale), Chimica (Corso di laurea in Fisica), Chimica Fisica (Corso di laurea in Scienze e tecnologie per l’ambiente), Metodi Chimico-Fisici per le Biotecnologie (Corso di Laurea in Biotecnologie Mediche e Nanobiotecnologie).

È componente del Consiglio Didattico in Scienze Ambientali.

Ha curato numerose tesi di Laurea in Valutazione di Impatto e Certificazione Ambientale, in Ingegneria dei Materiali, in Biotecnologie, in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e in Biologia Umana.

È coordinatrice di un progetto di cooperazione SOCRATES-ERASMUS con l’Università di Szeged (HU).

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema. Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali. Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Termochimica. Seconda legge della termodinamica. Entropia. Macchine termiche. Reversibilità ed equilibrio, irreversibilità e spontaneità. Definizione di stato stazionario. Terza legge della termodinamica. Termodinamica delle transizioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua e loro significato ambientale e biologico. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Energia libera di Gibbs ed equilibrio chimico. Diagrammi di stato ad un componente. Sistemi a composizione variabile e grandezze parziali molari. Cinetica chimica. Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli

P.W. Atkins, Chimica Fisica, Zanichelli

ll corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, legami ionici e covalenti, ioni e molecole, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale).

Nozioni di termodinamica di base e di cinetica chimica

Il corso si propone di far acquisire allo studente la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia, le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente. Vengono forniti gli strumenti per una lettura termodinamica dei fenomeni naturali e per la comprensione dei vincoli chimico-fisici che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente.

Sono previsti 4 CFU di lezioni frontali (32 ore) e 2 CFU (30) di attività di laboratorio ed esercitazioni. Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna. I CFU di esercitazione prevedono lo svolgimento di esercizi in aula e l’esecuzione di esperienze di laboratorio, che consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. Le esperienze pratiche prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dal docente e disponibile in formato eettronico alla voce "materiale didattico".

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti nella prova scritta e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

NOTA "Emergenza COVID-19 (nota del delegato alla didattica Prof. Pisanò - comunicazione UniSalento 90/2020, DR n.197/2020)": L'appello straordinario del 14.04.2020 (ore 15.00) si svolgerà in modalità telematica (mediante piattaforma Teams). Gli studenti iscritti riceveranno il link per l'accesso immediato al canale. La modalità telematica non prevede prova scritta. Lo studente sarà invitato ad impostare oralmente la risoluzione di un esercizio di termodinamica e le domande a risposta multipla saranno sostituite da domande aperte.

14 aprile 2020 ore 15.00

link per partecipare (previa prenotazione) o assistere alla seduta telematica:

https://teams.microsoft.com/l/channel/19%3a6eb4a7ee5587480d85f6b8c5d1e0e4fd%40thread.tacv2/Generale?groupId=11908276-90c8-4bff-9f9e-5827c8fb5e0b&tenantId=8d49eb30-429e-4944-8349-dee009bdd7da

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema.

Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali.

Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Variazioni di entalpia nelle trasformazioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua ed il loro significato ambientale e biologico.

Seconda legge della termodinamica: entropia, processi spontanei e criteri di spontaneità. Reversibilità, spontaneità ed equilibrio. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Relazione tra l’energia libera di Gibbs e la costante d’equilibrio. Terza legge della termodinamica.

Cinetica chimica.

Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli - P.W. Atkins, Chimica Fisica, Zanichelli

ll corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, legami ionici e covalenti, ioni e molecole, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale).

Nozioni di termodinamica di base e di cinetica chimica

Il corso si propone di far acquisire allo studente la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia, le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente. Vengono forniti gli strumenti per una lettura termodinamica dei fenomeni naturali e per la comprensione dei vincoli chimico-fisici che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente.

Sono previsti 4 CFU di lezioni frontali (32 ore) e 2 CFU (30) di attività di laboratorio ed esercitazioni. Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna. I CFU di esercitazione prevedono lo svolgimento di esercizi in aula e l’esecuzione di esperienze di laboratorio, che consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. Le esperienze pratiche prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dal docente e disponibile in formato eettronico alla voce "materiale didattico".

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti nella prova scritta e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema.

Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali.

Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Variazioni di entalpia nelle trasformazioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua ed il loro significato ambientale e biologico.

Seconda legge della termodinamica: entropia, processi spontanei e criteri di spontaneità. Reversibilità, spontaneità ed equilibrio. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Relazione tra l’energia libera di Gibbs e la costante d’equilibrio. Terza legge della termodinamica.

Cinetica chimica.

Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli - P.W. Atkins, Chimica Fisica, Zanichelli

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale, biochimica e chimica analitica, con particolare riferimento ai fondamenti di spettroscopia.

Il corso si propone di fornire allo studente una descrizione chimico-fisica del rapporto struttura/funzione in sistemi molecolari e supramolecolari di natura biologica, con particolare riferimento alla fotosintesi clorofilliana. Il rapporto struttura/funzione viene analizzato da un punto di vista operativo proponendo diverse tecniche d’indagine di tipo spettroscopico, utili alla determinazione di importanti parametri cinetici e termodinamici.

Le conoscenze da acquisire comprendono:
• nozioni di cinetica chimica e metodi d’indagine per seguire l’evoluzione temporale di processi di trasformazione,
• nozioni di termodinamica dei sistemi biologici,
• aspetti molecolari della fotosintesi e metodi d’indagine delle reazioni alla luce,
• fondamenti di spettroscopia infrarossa applicata ai sistemi biologici
• metodi di preparazione di sistemi biomimetici a base lipidica

Le abilità principali da acquisire sono le seguenti:
• la capacità di impostare uno schema cinetico, di scrivere un’equazione cinetica e di proporre un sistema di analisi per la determinazione dei parametri cinetici fondamentali,
• la capacità di descrivere i sistemi viventi come sistemi costantemente lontani dall’equilibrio e come strutture dissipative,
• la capacità di cogliere la peculiarità del processo fotosintetico in termini energetici ed entropici e il significato dello stretto controllo cinetico nelle reazioni di trasferimento elettronico fotoindotto,
• la capacità di riconoscere il ruolo di ogni aspetto strumentale in spettroscopia visibile e infrarossa, allo scopo di migliorare la qualità del dato sperimentale,
• la capacità di riconoscere le difficoltà intrinseche dell’analisi infrarossa di campioni biologici e la comprensione delle potenzialità di strategie alternative d’indagine (spettroscopia differenza),
• la capacità di proporre un modello teorico ed elaborare matematicamente, con operazioni di fitting, diverse tipologie di dati sperimentali.

Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e del videoproiettore.

La docente fornisce il materiale didattico sotto forma di dispense e presentazioni ppt e lo rende disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

La prova di valutazione consiste in un colloquio orale in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti, in modo da verificare la comprensione dei concetti e la capacità di ragionamento. La votazione è assegnata in trentesimi, con eventuale lode.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL

Programma:

Cinetica chimica: velocità di reazione e costanti cinetiche, ordine di reazione e molecolarità, tempo di dimezzamento e di rilassamento, energia di attivazione e stato di transizione, catalizzatori, processi di ordine 0, di prim’ordine e di second’ordine, metodi per la determinazione dell’ordine di reazione e delle costanti cinetiche, reazioni consecutive e ipotesi dello stato stazionario.
Termodinamica dei sistemi biologici: produzione di entropia in sistemi chiusi e aperti, non-equilibrio e stati stazionari, strutture dissipative, bilancio energetico ed entropico in organismi fototrofi e chemiotrofi.
Fotosintesi clorofilliana: aspetti energetici e molecolari delle reazioni alla luce, energy transfer ed electron transfer in complessi antenna e centro di reazione fotosintetici, teoria di Marcus, metodi spettroscopici per lo studio di processi fotochimici, applicazioni biotecnologiche degli organismi fotosintetici, fotosintesi artificiale.
Spettroscopia visibile e infrarossa in modalità “differenza” (difference spectroscopy) : selezione e rivelazione di cromofori nel range visibile mediante spettroscopia differenza indotta da reazione, reazioni redox nel complesso bc1 come sistema modello, transizioni vibrazionali e potenzialità della spettroscopia infrarossa per lo studio di sistemi biologici, caratteristiche e vantaggi degli strumenti operanti in trasformata di Fourier, tecnica ATR (riflettanza totale attenuata) e manipolazione del campione in situ, aspetti strumentali e applicazioni della perfusion-induced ATR-FTIR difference spectroscopy.
Elaborazione dati mediante foglio di calcolo al PC: Studio della cinetica di ricombinazione di carica del centro di reazione fotosintetico: elaborazione di dati spettroscopici e calcolo del tempo di rilassamento del sistema.

Atkins P., De Paula J.– Chimica Fisica Biologica - Zanichelli

ll corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, legami ionici e covalenti, ioni e molecole, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale).

Nozioni di termodinamica di base e di cinetica chimica

Il corso si propone di far acquisire allo studente la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia, le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente. Vengono forniti gli strumenti per una lettura termodinamica dei fenomeni naturali e per la comprensione dei vincoli chimico-fisici che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente.

Sono previsti 4 CFU di lezioni frontali (32 ore) e 2 CFU (30) di attività di laboratorio ed esercitazioni. Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna. I CFU di esercitazione prevedono lo svolgimento di esercizi in aula e l’esecuzione di esperienze di laboratorio, che consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. Le esperienze pratiche prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dal docente e disponibile in formato eettronico alla voce "materiale didattico".

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti nella prova scritta e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema.

Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali.

Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Variazioni di entalpia nelle trasformazioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua ed il loro significato ambientale e biologico.

Seconda legge della termodinamica: entropia, processi spontanei e criteri di spontaneità. Reversibilità, spontaneità ed equilibrio. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Relazione tra l’energia libera di Gibbs e la costante d’equilibrio. Terza legge della termodinamica.

Cinetica chimica.

Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli - P.W. Atkins, Chimica Fisica, Zanichelli

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale, biochimica e chimica analitica, con particolare riferimento ai fondamenti di spettroscopia.

Il corso si propone di fornire allo studente una descrizione chimico-fisica del rapporto struttura/funzione in sistemi molecolari e supramolecolari di natura biologica, con particolare riferimento alla fotosintesi clorofilliana. Il rapporto struttura/funzione viene analizzato da un punto di vista operativo proponendo diverse tecniche d’indagine di tipo spettroscopico, utili alla determinazione di importanti parametri cinetici e termodinamici.

Le conoscenze da acquisire comprendono:
• nozioni di cinetica chimica e metodi d’indagine per seguire l’evoluzione temporale di processi di trasformazione,
• nozioni di termodinamica dei sistemi biologici,
• aspetti molecolari della fotosintesi e metodi d’indagine delle reazioni alla luce,
• fondamenti di spettroscopia infrarossa applicata ai sistemi biologici
• metodi di preparazione di sistemi biomimetici a base lipidica

Le abilità principali da acquisire sono le seguenti:
• la capacità di impostare uno schema cinetico, di scrivere un’equazione cinetica e di proporre un sistema di analisi per la determinazione dei parametri cinetici fondamentali,
• la capacità di descrivere i sistemi viventi come sistemi costantemente lontani dall’equilibrio e come strutture dissipative,
• la capacità di cogliere la peculiarità del processo fotosintetico in termini energetici ed entropici e il significato dello stretto controllo cinetico nelle reazioni di trasferimento elettronico fotoindotto,
• la capacità di riconoscere il ruolo di ogni aspetto strumentale in spettroscopia visibile e infrarossa, allo scopo di migliorare la qualità del dato sperimentale,
• la capacità di riconoscere le difficoltà intrinseche dell’analisi infrarossa di campioni biologici e la comprensione delle potenzialità di strategie alternative d’indagine (spettroscopia differenza),
• la capacità di proporre un modello teorico ed elaborare matematicamente, con operazioni di fitting, diverse tipologie di dati sperimentali.

Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e del videoproiettore.

La docente fornisce il materiale didattico sotto forma di dispense e presentazioni ppt e lo rende disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

La prova di valutazione consiste in un colloquio orale in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti, in modo da verificare la comprensione dei concetti e la capacità di ragionamento. La votazione è assegnata in trentesimi, con eventuale lode.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL

Programma:

Cinetica chimica: velocità di reazione e costanti cinetiche, ordine di reazione e molecolarità, tempo di dimezzamento e di rilassamento, energia di attivazione e stato di transizione, catalizzatori, processi di ordine 0, di prim’ordine e di second’ordine, metodi per la determinazione dell’ordine di reazione e delle costanti cinetiche, reazioni consecutive e ipotesi dello stato stazionario.
Termodinamica dei sistemi biologici: produzione di entropia in sistemi chiusi e aperti, non-equilibrio e stati stazionari, strutture dissipative, bilancio energetico ed entropico in organismi fototrofi e chemiotrofi.
Fotosintesi clorofilliana: aspetti energetici e molecolari delle reazioni alla luce, energy transfer ed electron transfer in complessi antenna e centro di reazione fotosintetici, teoria di Marcus, metodi spettroscopici per lo studio di processi fotochimici, applicazioni biotecnologiche degli organismi fotosintetici, fotosintesi artificiale.
Spettroscopia visibile e infrarossa in modalità “differenza” (difference spectroscopy) : selezione e rivelazione di cromofori nel range visibile mediante spettroscopia differenza indotta da reazione, reazioni redox nel complesso bc1 come sistema modello, transizioni vibrazionali e potenzialità della spettroscopia infrarossa per lo studio di sistemi biologici, caratteristiche e vantaggi degli strumenti operanti in trasformata di Fourier, tecnica ATR (riflettanza totale attenuata) e manipolazione del campione in situ, aspetti strumentali e applicazioni della perfusion-induced ATR-FTIR difference spectroscopy.
Elaborazione dati mediante foglio di calcolo al PC: Studio della cinetica di ricombinazione di carica del centro di reazione fotosintetico: elaborazione di dati spettroscopici e calcolo del tempo di rilassamento del sistema.

Atkins P., De Paula J.– Chimica Fisica Biologica - Zanichelli

ll corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale (teoria atomica, legami ionici e covalenti, ioni e molecole, mole, reazioni chimiche, stechiometria chimica, costante di equilibrio), di alcune nozioni di fisica di base (forza, lavoro, pressione, calore, energia potenziale e cinetica) e di strumenti matematici fondamentali (principali funzioni, nozioni di derivata e integrale).

Nozioni di termodinamica di base e di cinetica chimica

Il corso si propone di far acquisire allo studente la conoscenza dei parametri che descrivono i vari stati di aggregazione della materia, le sue trasformazioni e gli scambi energetici con l'ambiente. Vengono forniti gli strumenti per una lettura termodinamica dei fenomeni naturali e per la comprensione dei vincoli chimico-fisici che regolano le interazioni tra sistemi e ambiente.

Sono previsti 4 CFU di lezioni frontali (32 ore) e 2 CFU (30) di attività di laboratorio ed esercitazioni. Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna. I CFU di esercitazione prevedono lo svolgimento di esercizi in aula e l’esecuzione di esperienze di laboratorio, che consentono di applicare e consolidare i concetti teorici appresi durante le lezioni frontali. Le esperienze pratiche prevedono il partizionamento in gruppi di non più di 20 studenti. All’acquisizione dei dati sperimentali segue un’esercitazione in aula informatica per l’elaborazione dei dati raccolti.

Lo studente può reperire tutte le nozioni illustrate in aula sui testi di chimica fisica consigliati. Il materiale didattico integrativo, comprendente anche la descrizione delle esperienze di laboratorio, è fornito dal docente e disponibile in formato eettronico alla voce "materiale didattico".

La prova di valutazione consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio orale. La votazione complessiva è assegnata in trentesimi, con eventuale lode. La prova scritta si compone di un esercizio di termodinamica e di dieci domande a risposta multipla. Vengono assegnati un massimo di 10 punti per l’esercizio di termodinamica e 2 punti per ogni risposta corretta, mentre, in caso di risposta errata, non viene decurtato nessun punto. Il punteggio minimo per l’ammissione alla prova orale è 16/30. La prova orale consiste in un breve colloquio in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti nella prova scritta e/o le esperienze di laboratorio, in modo da verificare la comprensione dei concetti, la capacità di ragionamento e la proprietà di linguaggio. La prova orale (obbligatoria) permette, in caso di esito positivo, di migliorare la votazione della prova scritta fino ad un massimo di 5 punti o di abbassare il punteggio finale, in caso di esito negativo, fino ad un massimo di 3 punti.

Obiettivi della termodinamica chimica. Definizione di un sistema termodinamico. Descrizione di sistemi macroscopici. Variazione dello stato di un sistema.

Leggi dei gas. Il modello del gas ideale e i gas reali.

Prima legge della termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Processi reversibili ed irreversibili. Capacità termiche. Variazioni di entalpia nelle trasformazioni di fase. Particolari proprietà dell’acqua ed il loro significato ambientale e biologico.

Seconda legge della termodinamica: entropia, processi spontanei e criteri di spontaneità. Reversibilità, spontaneità ed equilibrio. Funzioni energia libera (Gibbs ed Helmotz). Relazione tra l’energia libera di Gibbs e la costante d’equilibrio. Terza legge della termodinamica.

Cinetica chimica.

Esperienze di laboratorio.

R. Chang, Chimica Fisica, Zanichelli - P.W. Atkins, Chimica Fisica, Zanichelli

Il corso richiede il possesso dei concetti di base di chimica generale, biochimica e chimica analitica, con particolare riferimento ai fondamenti di spettroscopia.

Il corso si propone di fornire allo studente una descrizione chimico-fisica del rapporto struttura/funzione in sistemi molecolari e supramolecolari di natura biologica, con particolare riferimento alla fotosintesi clorofilliana. Il rapporto struttura/funzione viene analizzato da un punto di vista operativo proponendo diverse tecniche d’indagine di tipo spettroscopico, utili alla determinazione di importanti parametri cinetici e termodinamici.

Le conoscenze da acquisire comprendono:
• nozioni di cinetica chimica e metodi d’indagine per seguire l’evoluzione temporale di processi di trasformazione,
• nozioni di termodinamica dei sistemi biologici,
• aspetti molecolari della fotosintesi e metodi d’indagine delle reazioni alla luce,
• fondamenti di spettroscopia infrarossa applicata ai sistemi biologici
• metodi di preparazione di sistemi biomimetici a base lipidica

Le abilità principali da acquisire sono le seguenti:
• la capacità di impostare uno schema cinetico, di scrivere un’equazione cinetica e di proporre un sistema di analisi per la determinazione dei parametri cinetici fondamentali,
• la capacità di descrivere i sistemi viventi come sistemi costantemente lontani dall’equilibrio e come strutture dissipative,
• la capacità di cogliere la peculiarità del processo fotosintetico in termini energetici ed entropici e il significato dello stretto controllo cinetico nelle reazioni di trasferimento elettronico fotoindotto,
• la capacità di riconoscere il ruolo di ogni aspetto strumentale in spettroscopia visibile e infrarossa, allo scopo di migliorare la qualità del dato sperimentale,
• la capacità di riconoscere le difficoltà intrinseche dell’analisi infrarossa di campioni biologici e la comprensione delle potenzialità di strategie alternative d’indagine (spettroscopia differenza),
• la capacità di proporre un modello teorico ed elaborare matematicamente, con operazioni di fitting, diverse tipologie di dati sperimentali.

Le lezioni frontali sono svolte in aula con l’ausilio della lavagna e del videoproiettore.

La docente fornisce il materiale didattico sotto forma di dispense e presentazioni ppt e lo rende disponibile on-line sulla pagina predisposta (pagina docente/materiale didattico).

La prova di valutazione consiste in un colloquio orale in cui vengono discussi alcuni degli argomenti proposti, in modo da verificare la comprensione dei concetti e la capacità di ragionamento. La votazione è assegnata in trentesimi, con eventuale lode.

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL

Programma:

Cinetica chimica: velocità di reazione e costanti cinetiche, ordine di reazione e molecolarità, tempo di dimezzamento e di rilassamento, energia di attivazione e stato di transizione, catalizzatori, processi di ordine 0, di prim’ordine e di second’ordine, metodi per la determinazione dell’ordine di reazione e delle costanti cinetiche, reazioni consecutive e ipotesi dello stato stazionario.
Termodinamica dei sistemi biologici: produzione di entropia in sistemi chiusi e aperti, non-equilibrio e stati stazionari, strutture dissipative, bilancio energetico ed entropico in organismi fototrofi e chemiotrofi.
Fotosintesi clorofilliana: aspetti energetici e molecolari delle reazioni alla luce, energy transfer ed electron transfer in complessi antenna e centro di reazione fotosintetici, teoria di Marcus, metodi spettroscopici per lo studio di processi fotochimici, applicazioni biotecnologiche degli organismi fotosintetici, fotosintesi artificiale.
Spettroscopia visibile e infrarossa in modalità “differenza” (difference spectroscopy) : selezione e rivelazione di cromofori nel range visibile mediante spettroscopia differenza indotta da reazione, reazioni redox nel complesso bc1 come sistema modello, transizioni vibrazionali e potenzialità della spettroscopia infrarossa per lo studio di sistemi biologici, caratteristiche e vantaggi degli strumenti operanti in trasformata di Fourier, tecnica ATR (riflettanza totale attenuata) e manipolazione del campione in situ, aspetti strumentali e applicazioni della perfusion-induced ATR-FTIR difference spectroscopy.
Elaborazione dati mediante foglio di calcolo al PC: Studio della cinetica di ricombinazione di carica del centro di reazione fotosintetico: elaborazione di dati spettroscopici e calcolo del tempo di rilassamento del sistema.

Atkins P., De Paula J.– Chimica Fisica Biologica - Zanichelli