Termodinamica classica. Introduzione. Definizione di sistema, ambiente, variabili o funzioni termodinamiche. Stati di equilibrio e trasformazioni termodinamiche. Calore e Lavoro. Calorimetria. Il primo principio. Energia interna. Capacità termica e calore specifico. Applicazione del primo principio ai gas perfetti. Entalpia. Entalpia delle reazioni in fase gassosa. Entalpia delle trasformazioni fisiche, atomiche e molecolari. Termochimica. Legge di Hess. Entalpia standard di formazione. Variazione dell’entalpia con la temperatura: legge di Kirchhoff. Effetto di Joule-Thomson. 6 ore di lezione frontale Secondo principio. Enunciati. Trasformazioni spontanee. Reversibilità e irreversibilità. Entropia. Definizione termodinamica. Disuguaglianza di Clausius. Espansione isoterma reversibile e irreversibile di un gas perfetto. Trasformazioni adiabatiche. Cicli termodinamici. Teorema e ciclo di Carnot. Variazione dell’entropia con la temperatura. Terzo principio. Teorema di Nernst. Relazione di Boltzmann. 5 ore di lezione frontale Energia di Helmholtz ed energia di Gibbs. Funzione lavoro massimo. Energia libera di reazione. Equazione fondamentale della termodinamica. Relazioni di Maxwell. Equazione di stato termodinamica. Variazione dell’energia di Gibbs con la pressione e con la temperatura. Equazione di Gibbs-Helmholtz. Fugacità ed attività. Grandezze molari parziali. Potenziale chimico. Criterio termodinamico dell’equilibrio. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Costante di equilibrio e distribuzione di Boltzmann. Principio di Le Chatelier. Equazione di Van’t Hoff. 6 ore di lezione frontale Le trasformazioni fisiche delle sostanze pure. I diagrammi di stato: punto critico, punto di ebollizione e di fusione, punto triplo. Il diagramma di stato dell’acqua. Equazione di Clapeyron. Le proprietà delle miscele semplici. Descrizione termodinamica delle miscele. Grandezze parziali molari. Il volume parziale molare. L’energia di Gibbs parziale molare. L’equazione di Gibbs-Duhem. Grandezze termodinamiche di mescolamento. Il potenziale chimico dei liquidi. Le soluzioni ideali. La legge di Raoult. Le soluzioni diluite ideali. La legge di Henry. Le proprietà colligative: l’innalzamento ebullioscopio, crioscopico e la pressione osmotica. L’attività del solvente. L’attività del soluto. Soluzioni diluite ideali. Soluti reali. 6 ore di lezione frontale Equilibri di fase: Diagrammi di stato delle miscele. Sistemi a due componenti e diagrammi temperatura-composizione. Diagrammi di stato liquido-liquido per sistemi a due componenti parzialmente miscibili. Diagrammi di stato liquido-vapore per miscele di liquidi volatili: curve caratteristiche di tensione di vapore; diagrammi pressione-composizione e temperatura-composizione; distillazione semplice e frazionata; azeotropi. 4 ore di lezione frontale Proprietà delle soluzioni elettrolitiche: attività; Teoria di Debye-Hückel; conducibilità elettrolitica: conducibilità e resistività; misura della conducibilità; legge della migrazione indipendente degli ioni; mobilità e numeri di trasporto. Diffusione. prima legge di Fick, equazione di Einstein-Smoluchowski, teorema di Gauss della divergenza, seconda legge di Fick. Mobilità. Equazione di Einstein, Equazione di Stokes- Einstein, Equazione di Nernst-Einstein. Equazione di Debye-Hückel- Onsager. 6 ore di lezione frontale Cinetica chimica: Velocità di reazione, costanti di velocità e leggi cinetiche. Ordine di reazione. Leggi cinetiche in forma integrata. Reazioni di ordine 0, del I, II e III ordine. Pseudo-ordine. Tempo di dimezzamento. Molecolarità delle reazioni. Reazioni elementari e non elementari. Cinetiche delle reazioni di equilibrio, delle reazioni consecutive e competitive. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Equazione di Arrhenius. L’origine dei parametri di Arrhenius. Teoria delle collisioni. Teoria del complesso attivato e dello stato di transizione. Entalpia ed entropia di attivazione. 5 ore di lezione frontale La catalisi. Catalizzatori omogenei ed eterogenei. Catalisi micellare. Gli enzimi e la catalisi enzimatica: i modelli di Michaelis-Menten e Briggs-Haldane; significato biochimico-fisico della costante di Michaelis; rappresentazioni grafiche dei dati sperimentali. Inibitori enzimatici: inibizione di tipo competitivo, non competitivo e acompetitivo. 4 ore di lezione frontale Catalisi eterogenea: strato di diffusione di Nernst. Tensioattivi: caratteristiche generale e loro classificazione. Monolayer bi e multilayer. I tensioattivi e la concentrazione micellare critica. Catalisi micellare. Sistemi dispersi: proprietà e caratteristiche. Tensione superficiale. Eccedenza superficiale Isoterma di adsorbimento di Gibbs. 5 ore di lezione frontale Colloidi: classificazione e principali caratteristiche. Stabilità dei colloidi. Il potenziale di Lennard Jones. La termodinamica di formazione delle micelle.Il doppio strato elettrico. Sovrapposizione del doppio strato. Teoria DLVO. Flocculazione e coagulazione. Stabilizzazione sterica 5 ore di lezione frontale Termodinamica del non equilibrio. Termostatica e termodinamica: dall'equilibrio allo stato stazionario; reversibilità ed irreversibilità. Teorema di Curie, Teorema di Prigogine, Legge di Onsager. La funzione di dissipazione; sistemi termodinamici, reazioni chimiche e processi irreversibili; tempo di rilassamento, velocità di reazione e funzione di dissipazione; teoria della velocità assoluta di reazione; funzioni di partizione; stabilità dei sistemi in stato stazionario. 6 ore di lezione frontale Proprietà delle membrane biologiche. Trasporto passivo. Trasporto facilitato: approccio cinetico e basato sulla termodinamica dei processi irreversibili. Cenni sul trasporto attivo. 4 ore di lezione frontale La termodinamica e lo sviluppo sostenibile. Economia dello stato stazionario. Entropia e processi economici. La legge dell’entropia. Bioeconomia. Indicatori di sostenibilità ecologica: Exergia ed Emergia. 2 ore di lezione frontale

Sebbene non sia richiesto un testo specifico, per un maggiore approfondimento dei temi trattati fare riferimento ad alcuni libri fondamentali, tra cui: •C. Botrè: "Principi di Bioirreversibilità", Bulzoni Editore, 1976 • C. Botrè: "Le Basi Chimico-Fisiche della Farmacologia", Editore Grasso, 1984• • Peter W. Atkins – Chimica Fisica – Quinta edizione, Zanichelli • Dispense disponibili alla pagina del corso sul sito E-learning Sapienza al seguente indirizzo: http://elearning2.uniroma1.it/mod/folder/view.php?id=10782

Termodinamica classica. Introduzione. Definizione di sistema, ambiente, variabili o funzioni termodinamiche. Stati di equilibrio e trasformazioni termodinamiche. Calore e Lavoro. Calorimetria. Il primo principio. Energia interna. Capacità termica e calore specifico. Applicazione del primo principio ai gas perfetti. Entalpia. Entalpia delle reazioni in fase gassosa. Entalpia delle trasformazioni fisiche, atomiche e molecolari. Termochimica. Legge di Hess. Entalpia standard di formazione. Variazione dell’entalpia con la temperatura: legge di Kirchhoff. Effetto di Joule-Thomson. 6 ore di lezione frontale Secondo principio. Enunciati. Trasformazioni spontanee. Reversibilità e irreversibilità. Entropia. Definizione termodinamica. Disuguaglianza di Clausius. Espansione isoterma reversibile e irreversibile di un gas perfetto. Trasformazioni adiabatiche. Cicli termodinamici. Teorema e ciclo di Carnot. Variazione dell’entropia con la temperatura. Terzo principio. Teorema di Nernst. Relazione di Boltzmann. 5 ore di lezione frontale Energia di Helmholtz ed energia di Gibbs. Funzione lavoro massimo. Energia libera di reazione. Equazione fondamentale della termodinamica. Relazioni di Maxwell. Equazione di stato termodinamica. Variazione dell’energia di Gibbs con la pressione e con la temperatura. Equazione di Gibbs-Helmholtz. Fugacità ed attività. Grandezze molari parziali. Potenziale chimico. Criterio termodinamico dell’equilibrio. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Costante di equilibrio e distribuzione di Boltzmann. Principio di Le Chatelier. Equazione di Van’t Hoff. 6 ore di lezione frontale Le trasformazioni fisiche delle sostanze pure. I diagrammi di stato: punto critico, punto di ebollizione e di fusione, punto triplo. Il diagramma di stato dell’acqua. Equazione di Clapeyron. Le proprietà delle miscele semplici. Descrizione termodinamica delle miscele. Grandezze parziali molari. Il volume parziale molare. L’energia di Gibbs parziale molare. L’equazione di Gibbs-Duhem. Grandezze termodinamiche di mescolamento. Il potenziale chimico dei liquidi. Le soluzioni ideali. La legge di Raoult. Le soluzioni diluite ideali. La legge di Henry. Le proprietà colligative: l’innalzamento ebullioscopio, crioscopico e la pressione osmotica. L’attività del solvente. L’attività del soluto. Soluzioni diluite ideali. Soluti reali. 6 ore di lezione frontale Equilibri di fase: Diagrammi di stato delle miscele. Sistemi a due componenti e diagrammi temperatura-composizione. Diagrammi di stato liquido-liquido per sistemi a due componenti parzialmente miscibili. Diagrammi di stato liquido-vapore per miscele di liquidi volatili: curve caratteristiche di tensione di vapore; diagrammi pressione-composizione e temperatura-composizione; distillazione semplice e frazionata; azeotropi. 4 ore di lezione frontale Proprietà delle soluzioni elettrolitiche: attività; Teoria di Debye-Hückel; conducibilità elettrolitica: conducibilità e resistività; misura della conducibilità; legge della migrazione indipendente degli ioni; mobilità e numeri di trasporto. Diffusione. prima legge di Fick, equazione di Einstein-Smoluchowski, teorema di Gauss della divergenza, seconda legge di Fick. Mobilità. Equazione di Einstein, Equazione di Stokes- Einstein, Equazione di Nernst-Einstein. Equazione di Debye-Hückel- Onsager. 6 ore di lezione frontale Cinetica chimica: Velocità di reazione, costanti di velocità e leggi cinetiche. Ordine di reazione. Leggi cinetiche in forma integrata. Reazioni di ordine 0, del I, II e III ordine. Pseudo-ordine. Tempo di dimezzamento. Molecolarità delle reazioni. Reazioni elementari e non elementari. Cinetiche delle reazioni di equilibrio, delle reazioni consecutive e competitive. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Equazione di Arrhenius. L’origine dei parametri di Arrhenius. Teoria delle collisioni. Teoria del complesso attivato e dello stato di transizione. Entalpia ed entropia di attivazione. 5 ore di lezione frontale La catalisi. Catalizzatori omogenei ed eterogenei. Catalisi micellare. Gli enzimi e la catalisi enzimatica: i modelli di Michaelis-Menten e Briggs-Haldane; significato biochimico-fisico della costante di Michaelis; rappresentazioni grafiche dei dati sperimentali. Inibitori enzimatici: inibizione di tipo competitivo, non competitivo e acompetitivo. 4 ore di lezione frontale Catalisi eterogenea: strato di diffusione di Nernst. Tensioattivi: caratteristiche generale e loro classificazione. Monolayer bi e multilayer. I tensioattivi e la concentrazione micellare critica. Catalisi micellare. Sistemi dispersi: proprietà e caratteristiche. Tensione superficiale. Eccedenza superficiale Isoterma di adsorbimento di Gibbs. 5 ore di lezione frontale Colloidi: classificazione e principali caratteristiche. Stabilità dei colloidi. Il potenziale di Lennard Jones. La termodinamica di formazione delle micelle.Il doppio strato elettrico. Sovrapposizione del doppio strato. Teoria DLVO. Flocculazione e coagulazione. Stabilizzazione sterica 5 ore di lezione frontale Termodinamica del non equilibrio. Termostatica e termodinamica: dall'equilibrio allo stato stazionario; reversibilità ed irreversibilità. Teorema di Curie, Teorema di Prigogine, Legge di Onsager. La funzione di dissipazione; sistemi termodinamici, reazioni chimiche e processi irreversibili; tempo di rilassamento, velocità di reazione e funzione di dissipazione; teoria della velocità assoluta di reazione; funzioni di partizione; stabilità dei sistemi in stato stazionario. 6 ore di lezione frontale Proprietà delle membrane biologiche. Trasporto passivo. Trasporto facilitato: approccio cinetico e basato sulla termodinamica dei processi irreversibili. Cenni sul trasporto attivo. 4 ore di lezione frontale La termodinamica e lo sviluppo sostenibile. Economia dello stato stazionario. Entropia e processi economici. La legge dell’entropia. Bioeconomia. Indicatori di sostenibilità ecologica: Exergia ed Emergia. 2 ore di lezione frontale

Sebbene non sia richiesto un testo specifico, per un maggiore approfondimento dei temi trattati fare riferimento ad alcuni libri fondamentali, tra cui: • C. Botrè: "Principi di Bioirreversibilità", Bulzoni Editore, 1976 • C. Botrè: "Le Basi Chimico-Fisiche della Farmacologia", Editore Grasso, 1984• • Peter W. Atkins – Chimica Fisica – Quinta edizione, Zanichelli • Dispense disponibili alla pagina del corso sul sito E-learning Sapienza al seguente indirizzo: http://elearning2.uniroma1.it/mod/folder/view.php?id=10782