Obiettivi formativi
Conoscenze e comprensione: Il Corso di Chimica ha lo scopo di fornire i concetti fondamentali indispensabili per intraprendere lo studio della Chimica. In particolare il corso si propone di sottolineare i principi fondamentali che, a partire dalla struttura elettronica dell'atomo, conducono alla struttura delle molecole, alle aggregazioni supramolecolari fino ai solidi estesi (reticolati covalenti, metallici e ionici) e ai sistemi complessi, nonché l'aspetto energetico che attraverso i principi della termodinamica consente la razionalizzazione della reattività chimica.
Conoscenze e comprensione applicate: il corso fornisce gli strumenti per reinterpretare in modo formale le conoscenze acquisite nell'ambito della chimica di base, permettendo di legare la reattività chimica alla struttura della materia e ai fondamenti della termodinamica.
Capacità di apprendere: oltre agli strumenti metodologici, il corso fornisce allo studente la capacità di leggere e analizzare la reattività chimica di base, rendendo lo studente in grado di leggere e comprendere testi di base.
Capacità di comunicare: il corso si propone di permettere l'acquisizione di un linguaggio formalmente corretto, stimolando la capacità di esprimere i contenuti in modo chiaro e lineare.
Autonomia di giudizio: Elaborazione di collegamenti con concetti della chimica di base e rielaborazione in chiave formale delle conoscenze acquisite.
Prerequisiti
Si richiede una conoscenza di base della nomenclatura chimica inorganica (ossidi, idrossidi, acidi)
Contenuti dell'insegnamento
La prima parte del corso tratta della materia dal punto di vista
microscopico, ossia si danno i principi della teoria atomico/molecolare. Si
procede poi a descrivere come la materia si organizzi su scala
macroscopica, trattando delle caratteristiche generali degli stati di
aggregazione. Completano il corso, per parlare della reattività chimica, le
parti relative alla termodinamica. La reattività chimica è
ulteriormente sviluppata mediante l’esposizione dei concetti fondamentali della chimica organica e delle biomolecole. Alcuni argomenti del corso saranno accompagnati dallo
svolgimento di problemi di stechiometria.
Programma esteso
INTRODUZIONE:radici storiche della Chimica. Materia ed energia. Grandezze fisiche e loro unità di misura. Caratteristiche della materia. La massa. Le forze fondamentali della natura. Sostanze e loro proprietà. Sistemi fisici; fasi e componenti, miscele e soluzioni.
FONDAMENTI DELLA TEORIA ATOMICA DELLA MATERIA
Modelli atomici di Thomson e di Rutherford. Protone, neutrone, elettrone. Numero atomico e peso atomico. Isotopi. Radiazione elettromagnetica. Teoria quantistica. Atomo di Bohr. Dualismo onda-particella, relazione di de Broglie. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Equazione d’onda di Schroedinger. Orbitali atomici e numeri quantici per l’atomo di idrogeno. Atomi polielettronici. Principio di "aufbau" (principio di Pauli, regola di Hund). Configurazione elettronica degli elementi. Sistema periodico. Principali proprietà periodiche.
LEGAME CHIMICO: DALL’ ATOMO ALLA MOLECOLA
Tipi di legame chimico. Legame ionico. Introduzione al legame covalente. Strutture di Lewis. Elettronegatività, legame covalente omo- ed eteropolare. Legami semplici e legami multipli. Geometria molecolare, teoria VSEPR. Teoria del legame di valenza (principi generali, risonanza, ibridizzazione). L’ibridizzazione nell’atomo di carbonio. Cenni relativi alla teoria dell’orbitale molecolare (molecola dell’ossigeno). Legame metallico. Polarità delle molecole. Interazioni di van der Waals, legame a idrogeno.
TERMODINAMICA
Terminologia. Tipi di trasformazioni. Funzioni di stato. Primo principio. Lavoro e calore. Entalpia. Termochimica. Degradazione dell’energia, disordine. Entropia. Secondo principio. Terzo principio. Energia libera di Gibbs. Condizioni di spontaneità di un processo chimico.
EQUILIBRIO CHIMICO
Reazioni chimiche ed equilibrio. Legge d’azione di massa. Costante di equilibrio. Energia libera di Gibbs e costante di equilibrio. Influenza esterna sull’equilibrio (principio di Le Chatelier). Dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura.
STATO GASSOSO
Proprietà dei gas. Gas ideale. Leggi di Boyle e di Charles. Temperatura assoluta. Equazione di stato dei gas ideali. Gas reali. Liquefazione dei gas.
STATO LIQUIDO
Struttura e proprietà dei liquidi Evaporazione. Tensione di vapore. Ebollizione, punto di ebollizione.
CAMBIAMENTI ED EQUILIBRI DI FASE
Passaggi di stato. Diagrammi di stato.
SOLUZIONI
Tipi ed esempi. Composizione delle soluzioni, la concentrazione. Forze intermolecolari ed entalpia di soluzione. Soluzioni ideali. Solubilità. Legge di Raoult e relative deviazioni. Dissoluzione di un sale in acqua. Solvatazione. Proprietà colligative. Innalzamento del punto di ebollizione ed abbassamento del punto di congelamento. Pressione osmotica, osmosi, osmosi inversa.
STATO SOLIDO
Struttura e proprietà dei solidi. Solidi cristallini e solidi amorfi. Classificazione dei solidi cristallini (metallici, ionici, covalenti, molecolari). Polimorfismo, allotropia.
EQUILIBRI IN SOLUZIONE
Acidi e basi. Teoria di Bronsted-Lowry. Forza degli acidi e delle basi. Costanti di dissociazione. Acidi poliprotici. Relazione tra proprietà acido-basiche e struttura. Acidi e basi di Lewis. Prodotto ionico dell’acqua. pH, indicatori di pH. Idrolisi di un sale. Soluzioni tampone. Anfoliti. Sali poco solubili: prodotto di solubilità, effetto dello ione comune. Titolazioni acido-base.
CHIMICA ORGANICA
Gli idrocarburi. Gruppi funzionali. Biomolecole.
STECHIOMETRIA Dagli elementi ai composti: tavola periodica, numero di ossidazione, nomenclatura dei composti inorganici; formula minima, molecolare, di struttura.
La reattività: reazioni di salificazione, reazioni di scambio, reazioni di ossidoriduzione (dismutazioni) in forma molecolare e in forma ionica.
I calcoli stechiometrici: mole, peso equivalente, reagente in eccesso/difetto.
Bibliografia
J.C.KOTZ, P.TREICHEL, G.WEAVER: "Chimica", IV edizione, 2010, EdiSES, Napoli.
P.ATKINS, L.JONES: "Principi di chimica", III edizione, 2012, Zanichelli, Bologna.
Metodi didattici
Il corso si svolge in 48 ore di lezioni frontali, durante le quali gli studenti vengono guidati alla comprensione dei concetti di base ed applicative della chimica generale. Le lezioni sono accompagnate dalla proiezione di slides, precedentemente fornite allo studente, in modo che possa seguire più agevolmente lo svolgimento dell'argomentazione.
Si avrà cura di richiamare costantemente all’uso appropriato del linguaggio chimico, di inserire esempi tratti dalla “vita comune”, di sottolineare i collegamenti fra le varie parti del corso, di
incentivare la partecipazione attiva degli studenti. Gli esercizi di stechiometria sono parte essenziale del corso in quanto momento di verifica della reale comprensione dei concetti chimici e della capacità di applicarli.
Modalità verifica apprendimento
Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione dei concetti trattati sono verificati attraverso un esame scritto e orale. L'esame scritto viene condotto per verificare l'acquisizione e la comprensione formale dei concetti della chimica di base, nonchè la capacità di svolgere correttamente calcoli stechiometrici.
Il superamento dell'esame scritto è condizione necessaria per accedere allo svolgimento dell'esame orale, volto a verificare la capacità dello studente di esporre concetti anche complessi in modo chiaro, usando adeguatamente il linguaggio tecnico-scientifico, e di utilizzare le conoscenze acquisite per collegare aspetti diversi della chimica di base.
Altre informazioni
Sono disponibili sul sito web del corso le slides utilizzate per le lezioni,
una serie di esercizi modello svolti e da svolgere, nonché una serie di
domande preparatorie per la prova scritta finale e le prove scritte
utilizzate negli anni precedenti.Il docente riceve gli studenti per chiarimenti e discussioni, previo appuntamento
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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