10592 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI

Conoscenze e abilità da conseguire

L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze di base della termodinamica statistica, introducendo i concetti di distribuzione di probabilità, funzione di partizione e le principali funzioni termodinamiche fino alla definizione del potenziale chimico. Lo studente conosce le basi chimico-fisiche caratterizzanti i processi cooperativi (e non) allo stato condensato.

Contenuti

Il concetto di probabilita' stocastica e bayesiana. Esempi ed applicazioni. Legame con la molteplicita'.

Ulteriori esempi ed applicazioni di probabilita' condizionata. Molteplicita', distinguibilita' ed indistinguibilita', esempi ed applicazioni. Introduzione alle distribuzioni di probabilita'. Il caso di due eventi.

Distribuzioni di probabilita' binomiale e multinomiale, applicazioni ed esempi di interesse chimico, valor medio e varianza, loro significato in chimica-fisica.

Calcolo di primo e secondo momento per alcuni osservabili e densita' di probabilita'. Il caso del valore di attesa di cos(theta) e cos^2(theta). Utilizzo dei momenti per il principio di equipartizione dell'energia. L'approssimazione di Stirling.

Random walk, dal modello discreto al continuo, generazione della Gaussiana. Moltiplicatori di Lagrange, introduzione e semplici applicazioni.

Equazione di Boltzmann, applicazione ai gas perfetti: equazione di stato, pressione di equilibrio tra recipienti diversi.

La distribuzione di Boltzmann con massimizzazione dell'entropia, sua modifica in presenza di vincoli fisici, esempi ed applicazioni.

Energia libera e suo significato, distribuzione di Boltzmann dall'energia libera, funzioni di partizioni, loro applicazioni, energia interna e entropia in termini di funzioni di partizione.

Esempi pratici di funzioni di partizione, valori medi e funzioni termodinamiche. Breve introduzione alle unita' di misura.

Utilizzo unita' di misura, esempi ed applicazioni. Calcolo della funzione di partizione traslazionale, esempi pratici.

Funzione di partizione rotazionale, funzione di partizione vibrazionale, applicazioni ed esempi. Il potenziale chimico da funzioni di partizione. Equilibrio Chimico. Utilizzo per la teoria del complesso attivato.

Probabilita' in pratica: un'esperienza di laboratorio.

Legge di Coulomb: unita’ di misura, additivita’ sovrapposizione, distribuzione di carica, campo elettrico, potenziale elettrico. Equazione di Laplace. Espansione multipolare. Effetti della simmetria, dipendenza dall’origine. Formulazione quantistica, teoria delle perturbazioni. Forze intermolecolari.

Introduzione al modello del reticolo disordinato. Tensione di vapore, energia di cavitazione, tensione superficiale, tensione interfacciale.

Entropia, energia, energia libera e potenziale chimico di un sistema a due componenti secondo il modello del reticolo disordinato, modello di Bragg-Williams o campo medio.

Entropia, energia interna, energia libera, potenziale chimico per sistemi ternari; significato di potenziale standard e coefficiente di attivita' con il modello del reticolo disordinato Curva binodale e sua espressione analitica.

Introduzione ai modelli di equilibrio in termodinamica statistica; punto isosbestico; transizioni cooperative e non cooperative. Introduzione al modello di Langmuir con il reticolo disordinato. Multiple binding per mezzo di polinomi di legame; confronto modello stechiometrico e modello multisiti da dati di titolazione, Scatchard plot, Hill plot; formazione di micelle. Formazione di multistrati e modello BET.

Testi/Bibliografia

K.A. Dill, S. Bromberg, Molecular driving forces, Garland Science

Metodi didattici

Lezioni alla lavagna

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto con 4 esercizi numerici e 2 domande generali sulla teoria esposta nel corso

Strumenti a supporto della didattica

Proiettore ed utilizzo del software openboard nel caso in cui la lavagna sia inadeguata

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesco Zerbetto