chimica fisica scienze ambientali + sbac dario bressanini

Chimica FisicaChimica Fisica

Scienze Ambientali + SBACScienze Ambientali + SBAC

Dario BressaniniDario Bressanini

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© Dario Bressanini 2

InformazioniInformazioni Laureato a Milano. Dottorato a MilanoLaureato a Milano. Dottorato a Milano

Corsi diCorsi di Termodinamica ChimicaTermodinamica Chimica 7 Crediti 7 Crediti I annoI anno Programmazione e SimulazioneProgrammazione e Simulazione 3 Crediti 3 Crediti III annoIII anno

(Linguaggio C)(Linguaggio C)

» Gastronomia MolecolareGastronomia Molecolare

Dinamica delle Reazioni ChimicheDinamica delle Reazioni Chimiche 4 Crediti 4 Crediti I anno I anno

sp.sp. (Cinetica Chimica e Dinamica Molecolare)(Cinetica Chimica e Dinamica Molecolare)

Ricevimento: Tel. 031-326222 Ricevimento: Tel. 031-326222 [email protected] Via Lucini 3 - ComoVia Lucini 3 - Como

mailto:[email protected]


OrarioOrario

Lunedì Lunedì 9-11 9-11 aula 4.14 via Valleggioaula 4.14 via Valleggio

Venerdì Venerdì 12-1412-14 aula S.05 S.Abbondio aula S.05 S.Abbondio


Struttura del CorsoStruttura del Corso

Lezione con slides powerpointLezione con slides powerpoint scaricabili dascaricabili da

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Prima parte comune a Ambientale e SBACPrima parte comune a Ambientale e SBAC

Successivamente S.A. con la Dr.ssa Successivamente S.A. con la Dr.ssa FedericaFederica TruduTrudu

Anche argomenti extraAnche argomenti extra Correlati alla Chimica Fisica, anche su vostra richiesta (per Correlati alla Chimica Fisica, anche su vostra richiesta (per

quanto possibile)quanto possibile)


EsameEsame

Compito scritto + orale (facoltativo)Compito scritto + orale (facoltativo)

Corso semestrale. A gennaio finisceCorso semestrale. A gennaio finisce 2 Appelli tra giugno e luglio2 Appelli tra giugno e luglio 1 appello a settembre1 appello a settembre 2 appelli tra gennaio e febbraio2 appelli tra gennaio e febbraio Appelli straordinari solo per reale necessita’Appelli straordinari solo per reale necessita’


Consigli in ordine sparsoConsigli in ordine sparso La matematica e’ La matematica e’ importanteimportante ... ma non è sufficiente! ... ma non è sufficiente!

… … IMPARATE A STUDIARE … IMPARATE A STUDIARE …

Se qualche cosa non è chiara Se qualche cosa non è chiara CHIEDETECHIEDETE!!

Studiate con regolarità. Studiate con regolarità. NONNON rimanete indietro. rimanete indietro.


Libri consigliatiLibri consigliati

Atkins:Elementi di Chimica FisicaZanichelli


Spunti e Spunti e Materiale Materiale SupplementareSupplementare

BibliotecaBiblioteca

World Wide WebWorld Wide Web La vita di tutti i giorni….La vita di tutti i giorni….

(giornali, TV, fumetti, pubblicita’...)(giornali, TV, fumetti, pubblicita’...)


Requisiti di MatematicaRequisiti di Matematica Risoluzione di equazioni. Proprieta’ delle funzioni Risoluzione di equazioni. Proprieta’ delle funzioni

elementari (potenze, logaritmi, esponenziali)elementari (potenze, logaritmi, esponenziali)

Capacita’ di tracciare grafici a partire da funzioniCapacita’ di tracciare grafici a partire da funzioni

Cenni di calcolo differenziale in una variabileCenni di calcolo differenziale in una variabile DerivateDerivate DifferenzialiDifferenziali IntegraliIntegrali


Natura e MatematicaNatura 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

“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

“In science, there is only physics; all the rest is stamp collecting”

Ernest Rutherford


Chimica e MatematicaChimica e Matematica

“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

“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

"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

"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


Scienze e MatematicaScienze e Matematica1700 – Fisica Classica1800 – Elettromagnetismo1800 – Termodinamica1900 – Meccanica Quantistica1940 – Chimica1970 – Biologia1980 – Economia

1700 – Fisica Classica1800 – Elettromagnetismo1800 – Termodinamica1900 – Meccanica Quantistica1940 – Chimica1970 – Biologia1980 – Economia

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

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

Non tutti la pensavano alla stessa maniera …Non tutti la pensavano alla stessa maniera …


La Chimica FisicaLa Chimica Fisica Termodinamica ClassicaTermodinamica Classica Termodinamica StatisticaTermodinamica Statistica Meccanica Quantistica, struttura Atomica e MolecolareMeccanica Quantistica, struttura Atomica e Molecolare ElettrochimicaElettrochimica Cinetica Chimica Cinetica Chimica (velocita’ delle reazioni)(velocita’ delle reazioni)

SpettroscopiaSpettroscopia (IR, UV, NMR, X, EPR, Laser…)(IR, UV, NMR, X, EPR, Laser…)

Chimica ComputazionaleChimica Computazionale (simulazioni al calcolatore)(simulazioni al calcolatore)

La Chimica Fisica fornisce anche un supporto agli altri La Chimica Fisica fornisce anche un supporto agli altri settori della chimica (organica, analitica, etc.) sia a livello settori della chimica (organica, analitica, etc.) sia a livello concettuale (es. concettuale (es. OrbitaliOrbitali) che di tecniche sperimentali (es. ) che di tecniche sperimentali (es. NMR, IR, etc.)NMR, IR, etc.)


Sviluppi attuali della Sviluppi attuali della Chimica FisicaChimica Fisica

Sviluppo e utilizzo di nuove spettroscopie (Laser, NMR 2D,…)Sviluppo e utilizzo di nuove spettroscopie (Laser, NMR 2D,…) Calcoli teorici Calcoli teorici ab initioab initio di proprieta’ di atomi e molecole di proprieta’ di atomi e molecole Predizione di reazioniPredizione di reazioni ““design” di reazioni chimiche organichedesign” di reazioni chimiche organiche Progettazione di farmaciProgettazione di farmaci Astrochimica. Paleochimica. Chimica atmosferica (buco Astrochimica. Paleochimica. Chimica atmosferica (buco

dell’ozono, Effetto serra,…)dell’ozono, Effetto serra,…) Predizione di proprieta’ di liquidi e solidi. “material design”Predizione di proprieta’ di liquidi e solidi. “material design” Concettuale: Cosa sono le molecole? Cosa e’ un legame? Concettuale: Cosa sono le molecole? Cosa e’ un legame?

Esistono gli atomi nelle molecole?Esistono gli atomi nelle molecole?


La TermodinamicaLa Termodinamica

E’ alla base della ChimicaE’ alla base della Chimica

E’ la prima E’ la prima teoriateoria assiomaticaassiomatica che studiate che studiate

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

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


Termodinamica ChimicaTermodinamica Chimica Il nostro approccio segue la termodinamica “classica”, Il nostro approccio segue la termodinamica “classica”,

sviluppata da Gibbs, Maxwell, Helmoltz, Kelvin, sviluppata da Gibbs, Maxwell, Helmoltz, Kelvin,

Clausius e altri, con in più l’assioma Clausius e altri, con in più l’assioma dell’esistenza degli dell’esistenza degli

atomi e delle molecoleatomi e delle molecole..

Partiamo dalle proprieta’ dei gas.Partiamo dalle proprieta’ dei gas.

Studiamo le proprieta’ della materia, lo Studiamo le proprieta’ della materia, lo scambio di scambio di

energiaenergia e la e la spontaneitaspontaneita’ delle ’ delle trasformazionitrasformazioni..


Termodinamica ChimicaTermodinamica Chimica Enunceremo esplicitamente gli Enunceremo esplicitamente gli assiomiassiomi su cui è su cui è

costruitacostruita

Utilizzeremo esempi dalla vita di tutti i giorni per Utilizzeremo esempi dalla vita di tutti i giorni per

spiegare concetti termodinamici (... e diventerete anche spiegare concetti termodinamici (... e diventerete anche

cuochi/cuoche migliori cuochi/cuoche migliori ))

Studieremo la Termodinamica dei sistemi in Studieremo la Termodinamica dei sistemi in equilibrioequilibrio


RumfordRumford

17821782

CarnotCarnot

1820’s1820’s

Joule, Kelvin, ClausiusJoule, Kelvin, Clausius

1840’s1840’s-60’s-60’s

HelmholtzHelmholtz

18821882

`

GibbsGibbs

1880’s-90’s1880’s-90’s

CaratheodoryCaratheodory

19091909

OnsagerOnsager

1930’s1930’s

SlaterSlater

19391939

PrigoginePrigogine

1950’s1950’s

Katchalsky&Katchalsky&CurranCurran

Broecker&Broecker&OversbyOversby

1960’s-70’s1960’s-70’s

MitchellMitchellCollinsCollinsHoulsbyHoulsby

1970’s,80’s,90’s1970’s,80’s,90’s

TruesdellTruesdellColemanColeman

NollNoll

1950’s-60’s1950’s-60’s

BowenBowen

19801980

Sviluppo della Sviluppo della TermodinamicaTermodinamica


La Termodinamica La Termodinamica intorno a noiintorno a noi


Importanza della Importanza della TermodinamicaTermodinamica

La Termodinamica e’ La Termodinamica e’ necessarianecessaria se si vuole discutere di: se si vuole discutere di: Global WarmingGlobal Warming Effetto SerraEffetto Serra Protocollo di KyotoProtocollo di Kyoto InquinamentoInquinamento Energia pulite (???), alternative, rinnovabili,…Energia pulite (???), alternative, rinnovabili,… ……

Vorrei che nei parlamenti entrasse qualche politico che chiacchierasse di meno ma conoscesse bene la termodinamica

Tullio Regge, La Repubblica 6/15/2001

Vorrei che nei parlamenti entrasse qualche politico che chiacchierasse di meno ma conoscesse bene la termodinamica

Tullio Regge, La Repubblica 6/15/2001


Scienza Naturale Pre-Scienza Naturale Pre-Galileiana Galileiana

A medieval Oxford debate about the number of teeth a A medieval Oxford debate about the number of teeth a

horse had included quotations from philosophers and horse had included quotations from philosophers and

theologianstheologians

One monk noted there was a horse tied outside, and One monk noted there was a horse tied outside, and

suggested they go and actually suggested they go and actually countcount its teeth its teeth

He He ““was fell upon, smote hip and thigh, and was cast was fell upon, smote hip and thigh, and was cast

from the company of educated menfrom the company of educated men”.”.


Una Buona Teoria Una Buona Teoria ScientificaScientifica

Spiega i difetti delle teorie precedentiSpiega i difetti delle teorie precedenti e le inglobae le ingloba

Ha caratteristiche predittiveHa caratteristiche predittive

Spiega fenomeni complessi in termini di fenomeni più Spiega fenomeni complessi in termini di fenomeni più

semplici (in chimica, fenomeni atomici e molecolari)semplici (in chimica, fenomeni atomici e molecolari)

È elegante e semplice (Rasoio di Occam)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

"The great tragedy of Science - the slaying of a beautiful hypothesis by an ugly fact."

T.H. Huxley


Rasoio di OccamRasoio di Occam

Entia non sunt multiplicanda Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatempraeter necessitatem

William van Occam (1290-1349)William van Occam (1290-1349)

Spiegazioni piu’ semplici dello Spiegazioni piu’ semplici dello stesso fenomeno sono da preferire stesso fenomeno sono da preferire a spiegazioni piu’ complicate.a spiegazioni piu’ complicate.


Il Metodo ScientificoIl Metodo Scientifico

Sulla base degli Sulla base degli esperimentiesperimenti, una ipotesi puo’ , una ipotesi puo’

essere:essere: Accettata come teoria scientifica, o leggeAccettata come teoria scientifica, o legge Modificata in modo da descrivere meglio i fenomeni Modificata in modo da descrivere meglio i fenomeni EliminataEliminata


Il Metodo ScientificoIl Metodo Scientifico OsservazioniOsservazioni

studio dei fenomeni che avvengono in naturastudio dei fenomeni che avvengono in natura

EsperimentiEsperimenti studio di eventi in condizioni controllatestudio di eventi in condizioni controllate

SintesiSintesi riconoscimento di schemi regolari nelle osservazioniriconoscimento di schemi regolari nelle osservazioni collegamento di ideecollegamento di idee

AnalisiAnalisi Confronto dei dati con le aspettativeConfronto dei dati con le aspettative


Il Metodo ScientificoIl Metodo Scientifico IpotesiIpotesi

descrizione o spiegazione di eventi osservati, basata sui dati, descrizione o spiegazione di eventi osservati, basata sui dati,

che, almeno in linea di principio, puo’ essere che, almeno in linea di principio, puo’ essere confutataconfutata

PredizionePredizione Capacita’ di una ipotesi di predire altri eventi o risultati di Capacita’ di una ipotesi di predire altri eventi o risultati di

ulteriori esperimentiulteriori esperimenti

TeoriaTeoria Ipotesi verificata molte volte da molte persone, che predice Ipotesi verificata molte volte da molte persone, che predice

gli eventi accuratamentegli eventi accuratamente


Il Metodo ScientificoIl Metodo Scientifico

SintesiSintesi

Ipotesi-TeorieIpotesi-Teorie

PredizioniPredizioni

AnalisiAnalisi Idee-Assiomi Idee-Assiomi PreconcettiPreconcetti


EsempiEsempi

Meccanica Classica NewtonianaMeccanica Classica Newtoniana Meccanica QuantisticaMeccanica Quantistica Relativita’ SpecialeRelativita’ Speciale Relativita’ GeneraleRelativita’ Generale Elettrodinamica QuantisticaElettrodinamica Quantistica GUT ?GUT ?

Astrologia e OroscopiAstrologia e Oroscopi

OmeopatiaOmeopatia

Cristalloterapia, Fiori di Bach, …Cristalloterapia, Fiori di Bach, …

……??


Evoluzione della ScienzaEvoluzione della Scienza

““Ho mal d’orecchioHo mal d’orecchio””

2000 BC2000 BC “ “Tieni, Succhia questa radice miracolosaTieni, Succhia questa radice miracolosa””

10001000 ADAD “ “QuellaQuella radice e’ veleno. Recita questa preghieraradice e’ veleno. Recita questa preghiera””

18501850 ADAD “ “Questa preghiera e’ superstizione.Questa preghiera e’ superstizione. Bevi questa pozione Bevi questa pozione””

19401940 ADAD “ “Questa pozione e’ veleno. Ingoia questa pillolaQuesta pozione e’ veleno. Ingoia questa pillola””

19851985 ADAD “ “Questa pillola non funziona.Questa pillola non funziona. Prendi questo antibiotico Prendi questo antibiotico””

20002000 ADAD “ “ Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale. Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale. Tieni, succhia questa radice biodinamica Tieni, succhia questa radice biodinamica””

chimica fisica scienze ambientali + sbac dario bressanini

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