Indice degli argomenti

  • Introduzione

  • Comunicazioni del Docente


    APPELLO DI SETTEMBRE 2017

    A causa della concomitanza del Concorso per il Dottorato di Ricerca in Scienze Farmaceutiche, del quale sono membro della Commisione esaminatrice, l'esame di Chimica Fisica previsto per il 25 Settembre si terrà il 27 Settembre dalle 8.30 alle 10 e dalle 14.30 alle 19.00 presso il mio studio.



    INIZIO DELLE LEZIONI

    Si comunica che le lezioni del Corso di Chimica Fisica avranno inizio Mercoledì 1 Marzo 2017 dalle 08.00 alle 10.00 in Aula A  Vecchio Ed. Chim. Farm.  per il Corso (M-Z) e, sempre nello stesso giorno, dalle ore 15.00 alle ore 17.00 in Aula A  PDT per il Corso (A-L).


    Orario delle lezioni del Corso di Chimica Fisica

    Chimica Fisica (A-L):

    Martedì e Venerdì: 08.00 – 10.00 – Aula A Vecchio Ed. Chim. Farm.

    Mercoledì: 15.00-17.00 – Aula A (PDT)

    Chimica Fisica (M-Z):

    Lunedì e Giovedì: 15.00-17.00 – Aula A (PDT)

    Mercoledì: 08.00 – 10.00 – Aula A Vecchio Ed. Chim. Farm.



    IMPORTANTE
    L'esame di Aprile 2017 sarà aperto anche agli studenti in corso. Vi ricordo che la durata dell'appello è dal 3 al 12 Aprile 2017.




    Novità
    Nel cartella del materiale didattico è presente il file relativo alle opinioni degli studenti per gli a.a. 2014-2015 e 2015-2016.


    • Obiettivi formativi

      Lo scopo del corso è fornire agli studenti i concetti fondamentali della termodinamica, della cinetica chimica, della termodinamica dei processi irreversibili che sono le basi per comprendere alcuni successivi argomenti degli insegnamenti a carattere biochimico, chimico farmaceutico e  farmacologico, con particolare riguardo ai processi di trasporto. Il corso è organizzato in lezioni frontali relative alla parte teorica e, in una parte, di esercitazioni numeriche  in cui si vogliono fornire agli studenti gli strumenti per superare la prova scritta. L'esame si articola  in una prova orale prima della quale verrà richiesta la risoluzione di un esercizio riguardante la termodinamica o la cinetica allo scopo di  valutare l’acquisizione dei concetti e dei principi basilari della chimica fisica.

      The Physical Chemistry course is designed to provide basic knowledge on kinetic, classical thermodynamics and non-equilibrium thermodynamics; to build the fundamentals to understand the concepts which are the basis to comprehend some topics of several following teachings in the fields of biochemistry, pharmaceutical chemistry and pharmacology, in particular to the transport processes. The course is also aimed to provide a critical attitude on the treatment of physicochemical data on thermochemistry, equilibrium and chemical kinetics, by numerical examples. At the end of the course a preliminary written examination will be held, followed by an oral discussion about the arguments described during the year.

      • Programma

        Termodinamica chimica.

        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.

         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.

         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. Equazione di Clapeyron. Equazione di Gibbs-Duhem. Energia di Gibbs di mescolamento. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Costante di equilibrio e distribuzione di Boltzmann. Principio di Le Chatelier. Equazione di Van’t Hoff.

         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.

        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.

         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.

         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; introduzione al metodo perturbazionale; 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.

         Soluzioni elettrolitiche: attività; legge di Debye-Huckel; conducibilità elettrolitica: conducibilità e resistività; misura della conducibilità; legge della migrazione indipendente degli ioni; mobilità e numeri di trasporto.

        Fenomeni di trasporto: Diffusione. prima legge di Fick, equazione di Einstein-Smoluchowski, teorema di Gauss della divergenza, seconda legge di Fick. Proprietà delle membrane biologiche. Trasporto passivo. Trasporto facilitato: approccio cinetico e basato sulla termodinamica dei processi irreversibili. Cenni sul  trasporto attivo.

        Sistemi dispersi: Colloidi e tensioattivi: Classificazione e principali caratteristiche. Monolayer bi e multilayer. I tensioattivi e la concentrazione micellare critica. 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.

        • Topics

          The nature of thermodynamics. Extensive and intensive properties. First law of thermodynamics, internal energy, heat, heat capacity, work, enthalpy, molecular interpretation of enthalpy changes, the unusual thermal properties of water. Second and third laws, spontaneous processes, entropy, efficiency of a heat engine and thermal rise of the cooling stage. Free energy, chemical potential, chemical equilibrium, temperature dependence of the equilibrium constant. Phase rule, phase diagrams in binary systems, colligative properties. Real gases and solutions, azeotropes.

          Principles of chemical kinetics. Reaction rate, order of reaction and molecularity, integrated rate equations; dependence of the kinetic constants on temperature.  Experimental methods for the determination of the order of reaction. Reaction mechanisms. Enzyme kinetics and the Michaelis-Menten model.

          Electrolite solutions. Ionic activity and the Debye-Huckel theory. Colligative properties of electrolite solution.

          Non equilibrium thermodynamics. Flows and forces in the thermodynamics of irreversible processes. Entropy production, dissipation energy. The phenomenological equations. Curie-Prigogine principle. Onsager’s law.

          Diffusion. The Fick’s Laws Einstein-Smoluchowski equation, Gauss’s divergence theorem. Membrane transport. Biological membranes. Passive, facilitate and active transport.

          Colloids and surfactants: classifications and general properties. Monolayer bi and multilayer. Critical micelle concentration. Electrical double layer. Colloid stability. Lennard Jones potential. DLVO theory. Flocculation and coagulation.

          • Testi di riferimento

            • Peter W. Atkins – Chimica Fisica – Quinta edizione, Zanichelli

            • C. Botrè: "Principi di Bioirreversibilità", Bulzoni Editore, 1976

            • C. Botrè: "Le Basi Chimico-Fisiche della Farmacologia", Editore Grasso, 1984•

            • Dispense disponibili sul sito internet del docente

            • Materiale didattico

              "Classical thermodynamics is the only physical theory of universal content which
               I am convinced will never be overthrown, within the framework of applicability of its basic concepts."
              Albert Einstein


              Laws of thermodynamics

              First Law

              The internal energy of an isolated system is constant

                Second Law

              No process is possible in which the sole result is the absorption of heat from a reservoir and its complete conversion into work

                Third Law

              The entropy of all perfect crystalline substances is zero at T = 0

               

               

            • Informazioni Docente

              Franco Mazzei

              Immagine Franco Mazzei
              Sapienza Università di Roma
              Biosensors Laboratory - Dipartimento di Chimica Tecnologie del Farmaco (CTF)
              P.le A. Moro 5 - 00185 Roma
              Tel. +39 0649913225
              franco.mazzei@uniroma1.it
              Data di nascita: 6 febbraio, 1960 Nazionalità: italiana

              Curriculum degli Studi:
              1985: Laurea in Chimica, Sapienza Università di Roma.
              1991: Dottorato di Ricerca in "Scienze Chimiche", Sapienza Università di Roma.

              Esperienze professionali e di ricerca
              (2002 -2007) Membro della Giunta del Dipartimento di Studi di Chimica e Tecnologia delle Sostanze Biologicamente Attive
              (2003 - 2007) Membro della Commissione Ricerca della Facoltà
              (2002 -) Membro della Commissione per la realizzazione della nuova pagina web della Facoltà di Farmacia.
              (2003 – 2010 ) Membro del Nucleo di Valutazione per l’attività didattica e di ricerca della Facoltà di Farmacia
              (2009 - ) Responsabile dell’identità visiva della Facoltà di Farmacia
              (2006 - ) Membro del Consiglio del Corso di Dottorato di Ricerca in "Scienze Farmaceutiche" della Sapienza Università di Roma

              Attività di ricerca
              Franco Mazzei dirige il Biosensors Laboratory dal 2006, la sua attività di ricerca, si è svolta, e continua a svolgersi, principalmente nell’ambito della realizzazione, caratterizzazione e messa a punto di sistemi elettrochimici ed ottici per lo studio delle interazioni fra specie chimiche diverse.
              Le caratteristiche di tali sistemi sono state progettate con l’intento di definire i possibili tipi di interazione fra proteine o anticorpi selezionati e differenti molecole, principalmente al fine di stabilire il loro meccanismo chimico fisico di azione in matrici diverse. In particolare sono state studiate l’accoppiamento di numerose molecole enzimatiche e anticorpi con sensori elettrochimici e/o ottici modificati con materiali nanostrutturati per lo sviluppo di sistemi di rilevamento applicati per la risoluzione di problematiche diverse; principalmente in campo clinico, alimentare, tossicologico e farmacologico. Tutto questo anche attraverso convenzioni tra la Sapienza Università di Roma e il Ministero della Salute per lo studio di processi e la determinazione di sostanze coinvolte nelle pratiche doping; come pure a livello europeo sia nel 6° Programma Quadro che Eurostars nell’ambito del settore delle nanotecnologie applicate alla realizzazione di biosensori elettrochimici.

              Le principali linee di ricerca del proponente possono essere così riassunte:
              1) Caratterizzazione dei differenti aspetti connessi alla progettazione ed alla realizzazione di biosensori elettrochimici basati sul trasferimento elettronico mediato e diretto per la risoluzione di problematiche in campo clinico, tossicologico e alimentare. Tra le ricerche intraprese in questo ambito quelle più significative sono:
              a) Caratterizzazione delle principali proprietà bioelettrochimiche di enzimi redox.
              b) Valutazione e caratterizzazione di procedure di immobilizzazione innovative di proteine e mediatori redox nello sviluppo di biosensori elettrochimici.
              c) Impiego di materiali nanostrutturati (nanotubi di carbonio, fullerene, nanoparticelle d’oro) per la realizzazione di biosensori elettrochimici ad elevate prestazioni.
              d) Studio delle proprietà elettrochimiche di nuove molecole che possono essere utilizzate come mediatori redox nella realizzazione di biosensori basati sul trasferimento elettronico mediato.
              e) Studio della formazione di complessi di inclusione ad opera di beta ciclodestrine.
              2) Realizzazione di immunosensori basati sulla Risonanza Plasmonica Superficiale (SPR) per la risoluzione di problematiche in campo clinico e farmacologico (per la rilevazione di sostanze coinvolte nelle pratiche doping)
              3) Applicazione dell’SPR nella valutazione della cinetica e della termodinamica di interazione tra proteine.
              4) Applicazione della SPR accoppiata con la spettrometria di massa finalizzata al drug discovery.

              Elenco di 20 pubblicazioni selezionate tra quelle realizzate negli utlimi 6 anni
              I.F. attuale totale: 87.57; I.F. medio: 4.38
              (I.F. totale riferito all’anno di pubblicazione: 82.32; I.F. medio: 4.11)

              1. Frasconi, M., Mazzei, F., Electrochemically Controlled Assembly and Logic Gates Operations of Gold Nanoparticle Arrays, (2012) Langmuir 28(6), pp. 3322-3331 (I.F. 4.186) (*)
              2. Massimo Di Fusco, Gabriele Favero and Franco Mazzei Polyazetidine-Coated Microelectrodes: Electrochemical and Diffusion Characterization of Different Redox Substrates (2011) Journal of Physical Chemistry Part. B, 115, pp. 972-979 (I.F. 3.696) (*)
              3. Frasconi, M., Heyman, A., Medalsy, I., Porath, D., Mazzei, F., Shoseyov, O.,Wiring of redox enzymes on three dimensional self-assembled molecular scaffold, (2011) Langmuir 27 (20), pp. 12606-12613 (I.F. 4.186) (*)
              4. Pepi, F., Tata, A., Garzoli, S., Giacomello, P., Ragno, R., Patsilinakos, A., Di Fusco, D’Annibale A., Cannistraro S., Baldacchini C., Favero G., Frasconi M., Mazzei, F., Chemically modified multiwalled carbon nanotubes electrodes with ferrocene derivatives through reactive landing, (2011) Journal of Physical Chemistry C 115 (11), pp. 4863-4871 (I.F. 4.805) (*)
              5. Di Fusco, M., Federico, R., Boffi, A., Macone, A., Favero, G., Mazzei, F.
              Characterization and application of a diamine oxidase from Lathyrus sativus as component of an electrochemical biosensor for the determination of biogenic amines in wine and beer
              (2011) Analytical and Bioanalytical Chemistry 401 (2), pp. 707-716 (I.F. 3.778) (*)
              6. Frasconi, M., Boer, H., Koivula, A., Mazzei, F., Electrochemical evaluation of electron transfer kinetics of high and low redox potential laccases on gold electrode surface, (2010) Electrochimica Acta, 56 (2), pp. 817-827. (I.F.3.832) (*)
              7. Frasconi, M., Mazzei, F., Ferri, T., Protein immobilization at gold-thiol surfaces and potential for biosensing, (2010) Analytical and Bioanalytical Chemistry, 398 (4), pp. 1545-1564. (3.778)
              8. Frasconi, M., Tortolini, C., Botrè, F., Mazzei, F., Multifunctional Au nanoparticle dendrimer-based surface plasmon resonance biosensor and its application for improved insulin detection, (2010) Analytical Chemistry, 82 (17), pp. 7335-7342. (I.F. 5.856) (*)
              9. Frasconi, M., Favero, G., Boer, H., Koivula, A., Mazzei, F., Kinetic and biochemical properties of high and low redox potential laccases from fungal and plant origin, (2010) Biochimica et Biophysica Acta - Proteins and Proteomics, 1804 (4), pp. 899-908. (I.F. 3.635) (*)
              10. Petruccioli, M., Frasconi, M., Quaratino, D., Covino, S., Favero, G., Mazzei, F., Federici, F., D'Annibale, A. Kinetic and redox properties of MnP II, a major manganese peroxidase isoenzyme from Panus tigrinus CBS 577.79 (2009) Journal of Biological Inorganic Chemistry, 14 (8), pp. 1153-1163. (I.F. 3.289)
              11. Frasconi, M., Deriu, D., D’Annibale, A., Mazzei, F., Nanostructured materials based on the integration of ferrocenyl-tethered dendrimer and redox proteins on self-assembled monolayers: An efficient biosensor interface, (2009) Nanotechnology, 20 (50), art. no. 505501. (I.F. 3.979) (*)
              12. Frasconi, M., D'Annibale, A., Favero, G., Mazzei, F., Santucci, R., Ferri, T., Ferrocenyl alkanethiols - thio β-cyclodextrin mixed self-assembled monolayers: evidence of ferrocene electron shuttling through the β-cyclodextrin cavity, (2009) Langmuir, 25 (22), pp. 12937-12944. (I.F. 4.186)
              13. Frasconi, M., Rea, S., Matricardi, P., Favero, G., Mazzei, F., Scleroglucan-borax hydrogel: A flexible tool for redox protein immobilization, (2009) Langmuir, 25 (18), pp. 11097-11104. (I.F. 4.186) (*)
              14. Frasconi, M., Mazzarino, M., Botrè, F., Mazzei, F., Surface plasmon resonance immunosensor for cortisol and cortisone determination, (2009) Analytical and Bioanalytical Chemistry, 394 (8), pp. 2151-2159. (3.778) (*)
              15. Frasconi, M., Mazzei, F., Electrochemical and surface plasmon resonance characterization of β-cyclodextrin-based self-assembled monolayers and evaluation of their inclusion complexes with glucocorticoids, (2009) Nanotechnology, 20 (28), art. no. 285502. (I.F. 3.979) (*)
              16. Mazzei, F., Favero, G., Frasconi, M., Tata, A., Pepi, F., Electron-transfer kinetics of microperoxidase-11 covalently immobilised onto the surface of multi-walled carbon nanotubes by reactive landing of mass-selected ions, (2009) Chemistry - A European Journal, 15 (30), pp. 7359-7367. (I.F. 5.925) (*)
              17. Frasconi, M., Favero, G., Di Fusco, M., Mazzei, F., Polyazetidine-based immobilization of redox proteins for electron-transfer-based biosensors, (2009) Biosensors and Bioelectronics, 24 (5), pp. 1424-1430. (I.F. 5.602) (*)
              18. Mazzei, F., Favero, G., Frasconi, M., Tata, A., Tuccitto, N., Licciardello, A., Pepi, F., Soft-landed protein voltammetry: A tool for redox protein characterization, (2008) Analytical Chemistry, 80 (15), pp. 5937-5944. (I.F. 5.856) (*)
              19. Delle Noci, S., Frasconi, M., Favero, G., Tosi, M., Ferri, T., Mazzei, F.
              Electrochemical kinetic characterization of redox mediated glucose oxidase reactions: A simplified approach (2008) Electroanalysis, 20 (2), pp. 163-169. (2.872) (*)
              20. Pepi, F., Ricci, A., Tata, A., Favero, G., Frasconi, M., Delle Noci, S., Mazzei, F., Soft landed protein voltammetry, (2007) Chemical Communications, (33), pp. 3494-3496. (I.F. 6.169) (*)


              Progetti di ricerca finanziati
              2004-2006 – Progetto di ricerca finanziato dalla Gibertini Elettronica Srl: "Biosensori elettrochimici per glucosio e fruttosio in analisi di campioni di vino"
              Responsabile scientifico dell'U.O. - Biosensors Laboratory
              (durata 18 mesi; finanziamento: 35 k€)
              2005-2007 - Ministero della Salute: "Utilizzo della saliva quale mezzo alternativo a sangue/urina per l'analisi di ormoni e metaboliti corticosteroidi e per il rilevamento dell'uso di sostanze biologicamente attive finalizzate a potenziare l'attività glicocorticoide."
              Responsabile scientifico dell'U.O. - Biosensors Laboratory
              (durata: 24 mesi; finanziamento dell’U.O.: 10 k€)
              2006-2009 - Sixth Framework Programme priority 3 - Nanotechnologies and Nanosciences, Knowledge-based Multifunctional Materials, and New Production Processes and Devices.
              Contract for: SPECIFIC TARGETED RESEARCH PROJECT
              Project acronym: BIO-MEDNANO
              Project full title: Integrating enzymes, mediators and nanostructures to provide bio-powered bio-electrochemical sensing systems
              Responsabile scientifico U.O. Biosensors Laboratory
              (durata: 36 mesi; finanziamento dell’U.O.: 450 k€)
              2007-2009 - Ministero della Salute “Effetto del cloruro di cobalto sull’eritropoiesi: rilevamento dell’assunzione e del danno biologico”.
              Coordinatore del progetto e responsabile scientifico dell'U.O. Biosensors Laboratory
              (durata: 24 mesi; finanziamento: 60 k€ di cui 20k€ all’U.O.)
              2011-2013 - Progetto di ricerca finanziato dalla Sapienza Università di Roma - "Applicazione della risonanza plasmonica superficiale alla progettazione di farmaci inibitori dell'integrasi."
              Responsabile della ricerca
              (durata 24 mesi: finanziamento dell’U.O.: 37,818 k€)
              2012-2014 - Programma Europeo Eurostars nell’ambito dell’attività EUREKA –
              Project acronym: NanoBioWine
              Project full title: Nanotechnologies based biosensors for wine quality control
              Responsabile scientifico dell'U.O. Biosensors Laboratory
              (durata 24 mesi: finanziamento dell’U.O.: 215 k€)

              Collaborazioni a livello europeo

              Il Prof. Mazzei ha collaborato e collabora con i seguenti centri di ricerca europei:
              National University of Ireland, Galway (Ireland): Prof. Dónal Leech
              VTT Technical Research Centre of Finland (Finland): Dr Harry Boer, Anu Koivula, Maria Smolander
              The Hebrew University of Jerusalem (Israel): Prof. Oded Shoseyov
              University of Southampton (England): Prof. Phil Bartlett
              Åbo Akademi, Process Chemistry Centre (Finland): Prof. Mikko Hupa
              BVT Technologies a.s.(Czech Republic): Dr Jan Krejci (SME)
              DropSens (Spain): Dr David Hernandez Santos (SME)
              Metrohm Autolab BV (The Netherland): Dr Maarten Van Brussel (LE)
              Institute of Bioprocess and Analytical Measurement Techniques (Germany): Dr Dieter Frense
              Helmholtz Centre for Environmental Research (Germany): Dr Beate Strehlitz
              IRTA – Research & Technology Food & Agriculture Institute (Spain): Dr Mònica Campàs
              Nazione
              Italia
              Città /Località
              Roma
              Pagina web
              https://sites.google.com/a/uniroma1.it/biosensors-laboratory/home
              Skype ID
              franco6260Stato
              Profili corso
              CHIMICA FISICA (A-L) (M-Z), Moodle HELP DESK
              Primo accesso
              lunedì, 18 febbraio 2013, 11:22  (1 anno 12 giorni)
              Accesso più recente
              lunedì, 3 marzo 2014, 09:08  (46 secondi)
              • Argomento 8

                • Argomento 10