Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Introduzione al corso. Metodo scientifico e sviluppo della fisica. Fisica sperimentale e concetto di misura. Ordine di grandezza. Numeri grandi e numeri piccoli: potenze di 10. Unità di misura e grandezze fisiche, analisi dimensionale. Sistema internazionale (SI).
Grandezze scalari e vettoriali. Vettori. Operazioni con i vettori: somma, prodotto (scalare e vettoriale).
Le caratteristiche dello spazio-tempo e descrizione qualitativa del movimento. Sistemi di riferimento. Punto materiale. Cinematica del punto materiale. Spostamento, velocità, accelerazione.
Moto rettilineo uniforme.
Moto uniformemente accelerato. Moto verticale di un corpo.
Moto nel piano. Posizione e velocità. Moto parabolico: moto del proiettile.
Moto circolare uniforme. La velocità angolare come vettore. Accelerazione tangenziale e normale per un moto qualunque.
Moto armonico semplice. Legame tra moto armonico semplice e moto circolare uniforme.
Dinamica del punto materiale: principi della dinamica. Definizione operativa di forza e sua natura vettoriale. Diagramma delle forze. Forze, composizione delle forze, forza risultante.
Azione dinamiche delle forze. Forza peso, forza elastica. Tensioni. Reazioni vincolari. Forza di attrito: statico e dinamico. Forze centripete. Piano inclinato. Forze di attrito viscoso.
Dinamica del moto circolare uniforme.
Massa inerziale e gravitazionale.
Pendolo semplice.
Forza elastica e moto armonico in una dimensione.
Quantità di moto. Impulso. III principio della dinamica.
Moti relativi. Sistemi di riferimento. Composizione delle velocità. Composizione delle accelerazioni. Sistemi di riferimento inerziali. Relatività galileiana. Forze apparenti. La forza di Coriolis. Moti relativi: sistemi di riferimento non inerziali e pseudo forze.
Lavoro. Potenza. Energia cinetica. Teorema delle forze vive.
Forze conservative. La conservazione dell'energia meccanica totale. Energia potenziale gravitazionale, elastica. Energia potenziale ed equilibrio. Lavoro delle forze non conservative.
Pendolo semplice descritto in termini di energia meccanica.
Leggi di Keplero e Gravitazione universale. Concetto di campo gravitazionale. Energia del campo gravitazionale. Calcolo dell’accelerazione di gravità. Velocità di fuga.
Definizione di momento angolare. Il momento di una forza. Dinamica dei sistemi: sistema discreto di punti materiali. Forze centrali. Forze interne e forze esterne. Centro di massa. Quantità di moto totale del sistema. Teorema del centro di massa. Conservazione della quantità di moto. Teorema del momento angolare. Il sistema di riferimento del centro di massa. Energia cinetica e sistema di riferimento del centro di massa. Teoremi di König. Equazioni cardinali per sistemi discreti.
Sistemi discreti di punti materiali: Lavoro ed energia. Conservazione dell’energia meccanica. Sistemi di forze parallele e centro di simmetria. Baricentro. Equilibrio.
Corpi rigido. Densità e posizione del centro di massa. Condizioni di equilibrio per un corpo rigido. Assi di simmetria. Moto di traslazione e rotazione in un corpo rigido. Corpi rigidi dinamica del moto di rotazione e momento angolare.
Momento d’inerzia: Teorema di Huyghens-Steiner. Energia cinetica e lavoro per un moto roto-traslazionale. Pendolo di torsione e pendolo composto: studio del moto. Moto di rotazione con asse variabile: condizioni di puro rotolamento. Attrito volvente.
Proprietà elastiche del solidi: legge di Hooke e modulo di Young.
Giroscopio studio del moto di precessione in assenza e presenza di attrito.
Urti elastici, anelastici e completamente anelastici tra punti materiali e tra punti materiali e corpi rigidi.
Fluidi: definizione. Forze di volume e di superficie. Forze di superficie: pressione e sforzo di taglio. Viscosità. Definizione di fluido ideale. Statica dei fluidi. Legge di Stevino. Paradosso idrostatico. Esperimento di Torricelli: misura della pressione atmosferica. Manometro differenziale. Principio di Pascal. Martinetto idraulico. Legge di Archimede. Condizioni di galleggiamento. Peso apparente. Dipendenza della pressione dell’aria dall’altezza rispetto al livello del mare.
Elementi di fluidodinamica: descrizione lagrangiana ed euleriana. Moto stazionario ed irrotazionale. Definizione di: linee di corrente e tubo di flusso per un fluido in moto stazionario. Equazione di continuità (Legge di Leonardo). Teorema di Bernoulli. Legge di Venturi. Spinta aerodinamica. Venturimetro, Tubo di Pitot. Teorema di Torricelli.
Fluidi reali: effetto della viscosità. Moto laminare. Esperimento di Reynolds. Legge di Hagen-Poiseuille. Caratteristiche del moto in regime turbolento. Moti dei corpi nei fluidi. Paradosso di D’Alembert. Tensione superficiale.
Termodinamica: introduzione alla termodinamica. Definizione di sistema termodinamico. Variabili termodinamiche. Equilibrio termodinamico. Descrizione macroscopica e microscopica (termodinamica statistica) dei processi termodinamici. Funzioni di stato termodinamico. Principio dell’equilibrio termico. Definizione di temperatura. Misura della temperatura. Scale di temperatura: Celsius e Farenheit. Termometro campione a gas a volume costante. Definizione di temperatura assoluta. Grado kelvin. Dilatazione termica: lineare e volumica.
Definizione di Calore. Capacità termica e calore specifico per i solidi e i liquidi. Scambi termici ed equilibrio. Misura del calore: calorimetro a ghiaccio. Transizioni di fase, calore latente. Trasmissione del calore: conduzione (legge di Fourier) e conducibilità termica (k), convezione e irraggiamento. Piano (p,V). Calore e lavoro. Lavoro di una trasformazione termodinamica e suo significato fisico nel piano (p,V).
Primo principio della termodinamica. Equivalente meccanico del calore (esperimento di Joule). Definizione di energia interna come funzione di stato. Gas perfetti. Equazione di stato dei gas perfetti. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche per i gas perfetti (adiabatica, isocora, isobara, isoterma, espansione libera) e loro rappresentazione nel piano (p,V). Cicli termodinamici.
Energia interna per un gas perfetto (espansione libera, esperimento di Joule). Calore specifico a pressione e volume costante, relazione di Mayer. Trasformazione adiabatica qualsiasi. Trasformazioni politropiche.
Teoria cinetica dei gas calcolo della pressione e temperatura, velocità media. Principio di equipartizione dell’energia. Gas ideali: energia cinetica media, energia interna. Significato cinetico di temperatura. Gas reali: coefficienti del viriale, equazione di van der Waals.
Cicli termodinamici. Macchine termiche e macchine frigorifere. Ciclo di Carnot per un gas ideale. Rendimento di un ciclo di Carnot. Ciclo frigorifero e definizione coefficiente di prestazione del ciclo.
Secondo principio della termodinamica: enunciati di Kelvin-Planck e Celusius. Processi reversibili ed irreversibili. Teorema di Carnot. Studio del rendimento di una macchina termica. Temperatura termodinamica assoluta. Teorema di Clausius. La funzioni di stato Entropia. Processi reversibili ed irreversibili. Entropia e rendimento. Traccia di una trasformazione ed energia inutilizzabile. Principio di aumento dell’entropia. Secondo principio della termodinamica ed entropia. Entropia per un gas ideale. Entropia e probabilità. Entropia e tempo. Piano (T,S).
Terzo principio della termodinamica. Enunciati di Nernst e Planck. Considerazioni generali. Terzo principio e probabilità.

Elementi di Fisica (volume 1): Nigro, Voci, Mazzoldi, editore Edises

Cenni su: la struttura dell’atomo. L’atomo di Bohr : quantizzazione dei livelli energetici. Proprietà ondulatorie dell’elettrone . L’equazione d’onda di Schroedinger: Impostazione dell’ equazione per l’atomo di Idrogeno e analisi delle soluzioni: livelli energetici permessi, funzioni d’onda radiali ed angolari. I 4 numeri quantici. Orbitali atomici, interpretazione fisica e rappresentazioni grafiche . Atomi polielettronici. Livelli energetici degli orbitali atomici. Il modello a particelle indipendenti ed il principio dell’Aufbau. Relazione tra configurazioni elettroniche degli elementi e struttura della Tavola Periodica. Andamenti dei raggi atomici. Energia di ionizzazione. Affinità per l’elettrone. Regolarità delle proprietà chimico fisiche in gruppi e periodi della Tavola Periodica. Caratteristiche fondamentali degli elementi dei gruppi rappresentativi. Il legame ionico. Raggi ionici. Il legame covalente. Strutture di Lewis. Molecole biatomiche omonucleari degli elementi del I e II periodo: legami molecolari e caratteristiche chimiche. Molecole biatomiche eteronucleari. Polarità di legame . L’elettronegatività . Il legame negli idruri alcalini, acidi alogenidrici e alogenuri alcalini. Struttura e proprietà di CO e NO. Molecole poliatomiche. Il metodo del legame di valenza. Ibridizzazione (sp, sp2, sp3) e risonanza. Elettroni spaiati e “Lone Pairs”: effetti sulla struttura e sulla reattività. Livelli energetici e geometrie molecolari: il legame chimico in alcune molecole di particolare importanza ( BeH2, BH3; BF3,CO2, CO3- 2, CH4, NH3, NO3 – , PO4 -3, H2O, SO3 -2 , ClO- , ClO2- , ClO3 - , CLO4 - ). Reticoli covalenti : C, SiO2 . Il legame dei metalli. Reticoli metallici e loro caratteristiche. I legami del tipo Van der Waals tra atomi e molecole .Il legame idrogeno. La struttura dell’acqua liquida e solida. Proprietà generali di fasi condensate dovute a legami di tipo ionico, covalente, metallico, molecolare. Definizione dello stato standard. Lo stato di equilibrio. Costante di equilibrio e le sue espressioni. Legge di azione di massa. Dipendenza dalla temperatura delle costanti di equilibrio. L’equilibrio dei cambiamenti di composizione chimica: le reazioni chimiche. Teoria acido-base di Arrhenius. Equilibri omogenei in soluzione acquosa. Forza di acidi e basi. Equilibrio di dissociazione dell‘ acqua. Definizione di pH. Reazioni di neutralizzazione. Idrolisi salina. . Soluzioni tampone Teoria acido-base di Broensted: coppie coniugate acido/base. Relazione tra forza acida e struttura. Caratteristiche dei più importanti acidi e basi inorganici. Equlibri eterogenei in soluzione acquosa. Composti poco solubili: equilibri di solubilità e relativa costante (Kps ). Numero di ossidazione: significato e regole di calcolo. Reazioni di ossido-riduzione. Celle elettrochimiche reversibili. Potenziali elettronici e forza elettromotrice di una cella. Potenziali standard di riduzione. ariazione di potenziali con le concentrazioni: la legge di Nerst. Pile a concentrazione. Misure potenziometriche del pH e del Kps . L’elettrolisi. Potenziali termodinamici di decomposizione. Le leggi di Faraday . Elettrolisi di soluzioni acquose e di sali fusi. L’equilibrio dei cambiamenti di stato. Diagrammi di fase di specie pure. ( H2O, CO2 ). Effetti della presenza di un soluto sulle proprietà termodinamiche di una sostanza pura. Legge di Raoult e soluzioni ideali. Cenni sulle soluzioni reali. Le proprietà colligative: abbassamento della tensione di vapore, innalzamento della temperatura di ebollizione, abbassamento della temperatura di solidificazione, pressione osmotica. Diagrammi di fase di sistemi a 2 componenti ( acqua – soluto non volatile). Cenni sulla cinetica chimica. Velocità di reazione . Dipendenza della velocità dalla temperatura: l’equazione di Arrhenius. L’energia di attivazione. Cenni sulla catalisi omogenea ed eterogenea.

Petrucci, Herring, Madura, Bissonette CHIMICA GENERALE Piccin

Funzioni di due variabili: Grafici, curve di livello, limiti e continuità. Derivate parziali, gradiente, differenziale, teorema delle funzioni implicite, massimi e minimi liberi e vincolati. Derivate seconde e successive. Integrali curvilinei, forme differenziali e loro integrazione. Integrali doppi. Funzioni di tre o più variabili: estensioni del caso bidimensionale. Campi vettoriali, campi conservativi, potenziale. Teoremi di Gauss e Stokes. Equazioni differenziali lineari e a variabili separabili.

M. Bramanti, C. D. Pagani, S. Salsa: Matematica: calcolo infinitesimale e algebra lineare. Ed. Zanichelli.

Struttura atomica e molecolare: Orbitali atomici; orbitali molecolari in molecole biatomiche; costruzione e simmetria degli orbitali molecolari in molecole poliatomiche. Sistematica inorganica: idrogeno e suoi composti; elementi e composti dei gruppi principali (proprietà generali, preparazione, reazioni).
Meccanica quantistica: principi. Elettrone nella scatola. Atomo di Bohr. Numeri quantici. Funzioni d'onda. Equazione di Schroedinger. Atomo di idrogeno. Atomi polielettronici ed approssimazioni. Molecola H2+. Molecola H2. Molecole biatomiche.
Teoria MO ed applicazioni a molecole semplici. diagrammi di correlazione.Orbitali molecolari. Complessi dei metalli di transizione: teorie.
Diagrammi di correlazione dei complessi. Principio di Jahn-Teller.
Back-bonding. Catalisi omogenea: principi e reazioni di interesse industriale.

Whitten, Chimica inorganica- Piccin editore
Atkins, Chimica Inorganica-Zanichelli Editore

Algoritmi e linguaggi di programmazione: rappresentazione binaria delle informazioni, linguaggi di programmazione di alto e basso livello, interpreti e compilatori, decomposizione di problemi complessi in problemi semplici, diagrammi di flusso.
Cenni di programmazione in Fortran: stringhe, numeri interi, numeri a virgola mobile, numeri complessi, variabili logiche, array, input e output, uso del comando do, uso del comando if, subroutine e function. Preparazioni di semplici programmi numerici.
Trattamento dei dati sperimentali.

materiale fornito dal docente

Equilibri chimici in soluzione: acido-base, complessazione, precipitazione, ossidoriduzione. Costanti di equilibrio. Calcolo del pH per sistemi acquosi diluiti. Introduzione all’analisi chimica qualitativa inorganica. - Norme di sicurezza in un laboratorio chimico e prevenzione dei rischi di laboratorio. - Generalità sulle operazioni di laboratorio. - Aspetti teorici dei processi di dissoluzione e precipitazione. - Idrolisi dei sali: proprietà acido-base di anioni, cationi e sali. - Analisi degli anioni. - Analisi dei cationi (analisi sistematica classica con suddivisione in 5 gruppi analitici). - Guida all’identificazione di sostanze inorganiche incognite). - Analisi di tracce: i saggi limite. Concetti generali con riferimento in particolare ai saggi limite riportati in F.U. - Teoria del colore: relazione tra il colore e le proprietà elettroniche di ioni e molecole. - Cenni sulle implicazioni biochimiche, chimico-farmaceutiche e tossicologiche delle sostanze inorganiche oggetto d’analisi.

Esercitazioni di laboratorio (3 prove in itinere in laboratorio, a posto singolo)

Riconoscimento cationi del I gruppo
Riconoscimento cationi del III gruppo
Riconoscimento anioni
Prova incognita, con riconoscimento di due cationi ed un anione incognito in un campione solido

Vomero – Chimica Analitica e analisi degli elementi, Casa editrice Aracne
A. Araneo, Chimica Analitica Qualitativa, Casa Editrice Ambrosiana, Milano. –
G. Charlot, Analisi Chimica Qualitativa, Piccin Editore, Padova. –
F. Savelli, O. Bruno, Analisi Chimico Farmaceutica, Piccin Editore, Padova.

Termodinamica – Variabili e funzioni di stato. Processi reversibili e irreversibili. Teoria cinetica dei gas. Gas reali. 1°, 2°e 3° Principio della termodinamica. Transizioni di stato in sistemi puri. Lavoro massimo e Lavoro utile. Energia Libera di Helmholtz e di Gibbs. Sistemi a più componenti. Grandezze parziali molari. Potenziale chimico. Soluzioni. Attività e coefficienti di attività. Soluzioni ideali. Entropia di mescolamento. Soluzioni regolari atermiche. Sistemi a più componenti multifasici. Regola delle fasi. Lacune di miscibilità. Solubilità. Diagrammi di fase a più componenti. Proprietà colligative. Reazioni chimiche in fase gassosa. Costante di equilibrio e dipendenza dalla temperatura. Trattamento dei dati sperimentali e cenni di Teoria dell’errore. Cinetica chimica. Legge cinetica. Ordini parziali di reazione. Cinetiche di reazioni elementari e complesse. Relazioni tra costanti cinetiche e costanti di equilibrio. Stadio lento di reazione. Approssimazione dello stato stazionario. Teoria di Arrhenius. Esercitazioni numeriche ed esercitazioni pratiche di laboratorio.
Introduzione all’analisi degli errori.Esperienze di laboratorio: cinetica chimica (mediante spettrofotometria UV-visibile); entalpia di evaporazione di un liquido puro; entalpia di fusione di un solido puro mediante calorimetria a scansione differenziale. Determinazione della costante di equilibrio di una reazione chimica.

P. Atkins, J. De Paula Chimica Fisica

Elettrostatica nel vuoto
Interazioni elettriche e carica elettrica. Induzione elettrostatica. Legge di Coulomb. Campo elettrostatico (varie configurazioni). Linee di forza. Strato. Doppio strato. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Potenziale ed energia potenziale elettrostatica. Superfici equipotenziali. Dipolo elettrico:forze e energia in un campo esterno. Teorema di Gauss in forma integrale: sue applicazioni nei casi di simmetria sferica, cilindrica e piana. Conduttori ideali (potenziale e distribuzione di carica). Teorema di Coulomb. Schermo elettrostatico. Condensatori (serie e parallelo). Capacità di un conduttore e di uncondensatore (caso sferico, cilindrico e piano). Energia di un condensatore. Densità di energia elettrostatica.
Dielettrici
La costante dielettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Equazioni generali dell’elettrostatica in presenza di dielettrici. Meccanismi di polarizzazione di molecole in gas, liquidi e solidi (cenni)
Corrente elettrica
Densità ed intensità di corrente. Legge di Ohm in forma integrale e locale. Resistenza e resistività.
Modello classico della conduzione elettrica. Mobilità di cariche elettriche in vari conduttori: resistività e
temperatura in metalli e semiconduttori. Superconduttori. Resistenze in serie e in parallelo. Potenza
dissipata. Forza elettromotrice. Carica e scarica di un condensatore. Corrente di spostamento.
Campo magnetico costante nel vuoto
Magneti permanenti. Campo magnetico terrestre. Forza di Lorentz. Forza magnetica su di un conduttore percorso da corrente. IIa formula di Laplace. Forze su di una spira in un campo magnetico. Momento magnetico di una spira. Energia di una spira in un campo magnetico. Teorema di equivalenza di Ampère. Moto di una particella in un campo magnetico costante. Legge di Biot e Savart. Ia formula di Laplace. Campo magnetico di una spira sul proprio asse. Forze fra fili percorsi da correnti. Teorema della circuitazione di Ampère. Solenoide indefinito. Solenoide toroidale.
Materiali Magnetici
Permeabilità e suscettività magnetica. Meccanismi di magnetizzazione. Le sostanze diamagnetiche, paramagnetiche, ferromagnetiche (gas, liquidi e solidi).
Campo elettrici e magnetici variabili nel tempo
Esperienze di Faraday. Legge di Faraday-Neumann-Lenz in forma integrale. Campo elettrico generalizzato. Coefficiente di autoinduzione. Circuito RL in chiusura ed apertura. Energia di una induttanza. Densità di energia del campo magnetico. Legge di Ampère-Maxwell. Equazioni di Maxwell in forma integrale.
Onde elettromagnetiche e ottica fisica
Onde piane. Onde piane sinusoidali. Vettore di Poynting. Intensità media di un'onda. Polarizzazione delle onde elettromagnetiche. Spettro delle onde elettromagnetiche. Luce e indice di rifrazione. Principio di Huygens-Fresnel. Riflessione, rifrazione, dispersione. Polarizzazione per riflessione, per assorbimento selettivo e per diffusione. Rifrazione anomala e attività ottica. Interferenza di Young e da lamine sottili. Diffrazione di Fraunhofer.

Qualsiasi testo di "Fisica Generale 2" con un approccio alla fisica mediamente matematico.

Accuratezza, linearità di risposta, sensibilità, selettività di un metodo analitico. Errori sistematici e casuali, test Q. Gravimetria, titolazioni acido-base, titolazioni di precipitazione, titolazioni di complessazione, titolazioni redox. Il corso prevede esperienze di laboratorio in cui lo studente deve calcolare la quantità di analita presente in concentrazione incognita nel campione mediante titolazioni volumetriche o esperimenti di gravimetria.

1. Chimica analitica, G. D. Christian, Piccin Nuova Libraria
2. Chimica Analitica Quantitativa, E.Bottari, M.R.Festa La Sapienza Editrice, Roma.

Aminoacidi e peptidi. Il legame peptidico. Le proteine: struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Relazione struttura-funzione: emoglobina e mioglobina. Cooperatività di legame. Gli enzimi: struttura e funzione. Coenzimi e vitamine. Termodinamica della catalisi enzimatica. Cinetica enzimatica dello stato stazionario. Cenni sulla cinetica dello stato prestazionario. Individuazione di intermedi di reazione. Definizione del meccanismo catalitico di alcuni enzimi modello. Regolazione enzimatica. Enzimi allosterici. Bioenergetica. Reazioni redox di interesse biologico. Fosforilazione ossidativa. Catabolismo e anabolismo glucidico e lipidico. Biosintesi e vie degradative di alcuni aminoacidi (cisteina, metionina, fenilalanina, tirosina). Destino metabolico dell’ammoniaca. Fotosintesi

Potenziometria, elettrodi selettivi per ioni, misura pratica del pH, Polarografia, voltammetria, tecniche ad impulsi e per ridissoluzione.Applicazioni nell’analisi di inquinanti nelle acque suoli. Spettrometria IR, visibile ed UV. Spettrofotometria di assorbimento molecolare ed atomico. Spettrofotometria di emissione a fiamma ed a plasma. Applicazione nelle analisi di acque e suoli. Separazione tra fasi, cromatografia su carta e su strato sottile, tecniche cromatografiche liquido solido e liquido-liquido. Gas cromatografia e HPLC applicazioni ambientali.
Esercitazioni di laboratorio per la misura di inquinanti ambientali con i metodi strumentali studiati.

Principi e postulati della meccanica quantistica. Applicazioni: particella nella scatola a pareti rigide; oscillatore armonico; rotatore rigido; spin. Principio di Pauli. Termodinamica statistica. Insiemi canonico e microcanonico. Funzione di ripartizione e grandezze termodinamiche. Statistica di Boltzmann. Capacità termica e immagazzinamento dell’energia. Equilibri chimici in fase gassosa. Teoria dello stato di transizione. Esperienze pratiche di spettroscopia

-B. Pispisa: Appunti di termodinamica Statistica
-A. Palleschi: Appunti di Chimica Fisica II
-P.W. Atkins, R.S. Friedman: Meccanica Quantistica Molecolare, Zanichelli Ed.