Scheda Insegnamento: CHIMICA FISICA BIOLOGICA A.A. 2017/2018
  • Corso di Laurea: BIOTECNOLOGIE (L-2)
  • Codice: 16177
  • Crediti: 7
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 3
  • Erogazione: I semestre
  • Docente: FERNANDO PORCELLI

Programma

Metodologie didattiche

Le lezioni frontali verranno svolte in aula con l'ausilio di presentazioni power point con illustrazioni grafiche. Derivazioni di relazioni verranno esplicitate alla lavagna per analizzarne i vari passaggi e renderle chiare a tutti. Nel corso verranno anche effettuate esercitazioni numeriche.


PROGRAMMA

Obiettivi Formativi
Il corso introdurrà gli studenti ai principi e agli approcci sperimentali propri della chimica fisica applicati alle scienze biologiche. Scopo del corso è fornire agli studenti le informazioni necessarie per una conoscenza critica dei principi e delle applicazioni della chimica fisica che vanno dalla termodinamica classica, alla cinetica, all'elettrochimica ed alle teorie quantomeccaniche necessarie per la comprensione della spettroscopia. Tali argomenti verranno trattati prestando particolare attenzione alle loro applicazioni in campo biotecnologico,

Risultati apprendimento

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE : conoscere i principi che stanno alla base della chimica fisica con particolare riguardo al trattamento termodinamico, cinetico e quantomeccanico, ed essere in grado di comprenderne le potenzialità ed il loro utilizzo per lo studio di sistemi biologici.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: partendo dagli esempi discussi durante il corso avere una comprensione dei differenti approcci teorico-sperimentali per la risoluzione di problemi in campo biotecnologico.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO: essere in grado di interpretare i risultati sperimentali e di calcolo ottenuti e discuterli in maniera logica.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO: essere in grado di descrivere temi scientifici inerenti i sistemi biomolecolari utilizzando in maniera critica le metodologie e le tecniche trattate nel corso.

ABILITA' COMUNICATIVE: Essere in grado di discutere temi scientifici inerenti la chimica fisica ed applicarli a processi biologici e biotecnologici.


PROGRAMMA
Proprieta’ dei gas. Il gas perfetto. Le leggi dei gas. I gas reali.

Il primo principio. Lavoro, Calore ed Energia. Il primo principio della termodinamica: energia interna, Entalpia e Capacità termica. Termochimica. Alimenti e scorte di energia Le entalpie di formazione standard. La dipendenza dell’entalpia di reazione dalla temperatura ITC e “ligand binding” . Energetica delle interazioni molecolari.

Il secondo principio. Trasformazioni spontanee e dispersione dell’energia. L’Entropia. Variazioni di entropia. Entropia ed interpretazione statistica. Energia libera di Gibbs. Potenziale chimico ed equilibrio. Pressione osmotica.

Trasformazioni fisiche delle sostanze pure. Diagrammi di fase: stabilità delle fasi e limiti di fase. Definizione e localizzazione dei limiti di fase. Classificazione delle transizioni di fase.
Miscele semplici. Grandezze parziali molari. Processi di mescolamento. Definizione dle potenziale chimico per i liquidi. Proprietà colligative. Diagrammi di fase di miscele binarie: diagrammi pressione-vapore; didagrammi temperatura-composizione; diagrammi liquido-solido: diagrammi liquido-solido

Elettrochimica. Celle elettrochimiche Potenziali di riduzione ed energia libera. Potenziali di riposo e di azione nei sistemi cellulari.

Cinetica chimica. Velocità di reazione ed ordine di reazione. Equazioni cinetiche integrate. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione. Cenni di dinamica di reazione molecolare.

Teoria Quantistica. Insuccessi della Fisica Classica. Dualismo Onda-Corpuscolo. Equazione di Schroedinger. Moto Traslazionale: particella nella scatola. Moto Rotazionale. Moto Vibrazionale.

Cenni di spettroscopia.
Aspetti generali e tecniche sperimentali. Regole di selezione. Spettri rotazionali puri. Spettri vibrazionali. Spettri elettronici di biomolecole. Legge di Lambert-Beer. Il destino degli stati eccitati: fluorescenza e fosforescenza.

Termodinamica Statistica. Distribuzione degli stati molecolari. Distribuzione di Boltzmann. La Funzione di Partizione. Energia interna ed Entropia. Funzione di Partizione Canonica. Funzione di partizione Molecolare.

Testi consigliati

Atkins- De Paula: Chimica Fisica Biologica, Zanichelli.
Donald A. McQuarrie, John D. Simon: Chimica Fisica Un approccio molecolare
R. Chang : Chimica Fisica 1, 2 vol., Zanichelli
Kuriyan-Konforti-Wemmer: The Molecules of Life. Garland Sciences

Propedeuticità

Si consiglia fortemente di aver sostenuto gli esami di: Matematica, Fisica, Chimica Generale, Chimica Organica

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 48

Valutazione del profitto

Prova orale

Descrizione dei metodi di accertamento

L'esame si svolge nelle forme stabilite dall'art. 23 del Regolamento Didattico di Ateneo. Del suo svolgimento viene redatto apposito verbale, sottoscritto dal Presidente e dai membri della commissione e dallo studente esaminato. Il voto è espresso in trentesimi, con eventuale lode. Il superamento dell'esame presuppone il conferimento di un voto non inferiore ai diciotto/trentesimi e comporta l'attribuzione dei corrispondenti crediti formativi universitari. Nella valutazione delle prova e nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti dimostrato (superficiale, appropriato, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (errori nell’applicare i concetti, discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima), della capacità di senso critico e di formulazione di giudizi (sufficiente, buona, ottima), della padronanza di espressione (esposizione carente, semplice, chiara e corretta, sicura e corretta).
L'esame consta di una prova orale sugli argomenti trattati che mira a valutare
a) il grado di preparazione raggiunto,
b) la chiarezza espositiva,
c) la capacità di collegare osservazioni e concetti.
Nel corso della prova potranno essere trattati anche esempi numerici.

Luogo lezioni

Largo dell'Universita' Blocco B 7

Orario lezioni

Lunedi' 14-16; Mercoledi' 11-13; Giovedi' 11-13

Comunicazioni

Nel periodo Ottobre-Gennaio lunedi-giovedi 9-11
oppure in altro orario previo appuntamento da concordare via e-mail.

Nel periodo Febbraio-Giugno qualsiasi giorno previo appuntamento da concordare via mail.