Obiettivi formativi
Conoscenze:
il corso ha lo scopo di fornire i concetti fondamentali indispensabili per intraprendere lo studio della Chimica come disciplina di base. In particolare affronterà i concetti alla base della disciplina quali: struttura della materia, processi energetici che la regolano, interazioni fra le molecole e reattività delle stesse.
Capacità di comprensione:
viene curata l'acquisizione di un linguaggio formalmente corretto, viene stimolata la capacità di esprimere i contenuti in modo chiaro e lineare, vengono sottolineati i collegamenti tra le diverse parti del corso e come queste contribuiscano alla comprensione globale del sistema alimento.
Applicazione delle conoscenze:
il corso fornisce gli strumenti per interpretare in modo razionale la composizione molecolare degli alimenti ed il ruolo che le diverse componenti rivestono. Stimola, nello studente la comprensione a livello profondo, in chiave molecolare, di eventi che precedentemente erano stati affrontati solo in maniera fenomenologica.
Prerequisiti
Si auspicano conoscenze matematiche e fisiche di base.
Contenuti dell'insegnamento
Contenuti : Il modulo di Chimica Generale ed Inorganica ha lo scopo di fornire i concetti fondamentali indispensabili per intraprendere lo studio della Chimica come disciplina di base. Vengono affrontati, durante il corso, gli aspetti di struttura dei composti chimici e della razionalizzazione a livello cinetico e termodinamico di ogni processo chimico. Particolare attenzione viene poi data ai concetti di acidità e basicità anche in relazione alla tavola periodica. Il modulo di Chimica Organica, sfruttando i concetti fondamentali forniti nella prima parte del corso, affronta lo studio della reattività dei gruppi funzionali e delle molecole polifunzionali. In particolare vengono affrontati i composti che sono più importanti per il settore Agroalimentare: alcoli, eteri, ammine, esteri, ammidi, emiacetali, acetali, zuccheri, ammino acidi, acidi grassi, che sono fondamentali per la funzionalità degli alimenti. Per meglio comprendere i concetti fondamentali vengono trattati esempi pratici dove tali concetti sono applicati.
Programma esteso
Prima parte (Chimica Generale ed Inorganica)
- La materia, atomi e molecole. Struttura dell'atomo, protoni, neutroni, elettroni, numero atomico, peso atomico. Orbitali atomici, distribuzione degli elettroni. Proprietà periodiche: energia di ionizzazione, affinità elettronica, raggio atomico. ioni
- Il legame chimico. Teoria dell'orbitale molecolare e del legame di valenza. Orbitali ibridi. Strutture di Lewis di molecole neutre e ioniche, cariche formali, formule di risonanza. Radicali. Proprietà dei legami covalenti. Legami covalenti polarizzati e polarità. Legami ionici.
- Formule chimiche e numero di ossidazione. I composti inorganici più comuni e loro nomenclatura: ossidi, anidridi, acidi, basi, sali. Il concetto di mole ed utilizzo nei calcoli chimici, densità, composizione percentuale.
- Reazioni chimiche. Legge di Lavoisier, bilanciamento stechiometrico delle masse. Reagente limitante, introduzione all'equilibrio chimico, resa di reazione. Reazioni in soluzione acquosa, solvatazione, composti solubili ed insolubili. Reazioni di doppio scambio, equazioni ioniche nette. Acidi e basi secondo Arrenhius e secondo Bronsted, reazioni acido-base, reazioni di spostamento. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.
- Termodinamica. Le forme di energia. Prima legge della termodinamica, entalpia, calore di reazione. Entropia, seconda legge della termodinamica. Energia libera di Gibbs
- Stati della materia. Stato gassoso, Legge di Boyle, Legge di Charles, Equazione di stato dei gas ideali. Stato Liquido, interazioni intermolecolari, tensione di vapore, punto di ebollizione, viscosità. Stato solido, solidi cristallini ed amorfi. Cambiamenti di fase e diagrammi di stato.
- Soluzioni. Fasi disperse: emulsioni e sospensioni, emulsionanti. Metodi per misurare la concentrazione delle soluzioni: percentuale, molarità, molalità. solubilità, dipendenza dalla temperatura. Soluzioni e miscele a più componenti: legge di Raoult e legge di Henry. Proprietà colligative: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, osmosi.
- Equilibrio chimico. Costanti di equilibrio, perturbazione dell'equilibrio, legge di Le Chatelier. Equlibri acido-base. Definizione di acidità e basicità secondo Arrenhius e secondo Bronsted-Lowry. Prodotto ionico dell'acqua, il pH. forza delgi acidi e delle basi, acidi e basi forti e deboli, Ka e Kb. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti. Stima del pH di soluzioni di acidi e basi deboli. Idrolisi basica e acida dei sali, soluzioni tampone.
-Cinetica chimica. Velocità di reazione, legge cinetica. Effetto della temperatura, della concentrazione, teoria degli urti. Equazione di Arrenhius. Catalizzatori.
Seconda Parte (Chimica Organica)
- Composti organici. Ibridazione del carbonio, gruppi funzionali comuni, classi di molecole organiche.
- Alcani: struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche, conformazioni. Cicloalcani. Reattività del legame C-H: combustione, autoossidazione, alogenazione. Radicali al carbonio. Numero di ossidazione di composti organici. Alogenoalcani.
- Acidi carbossilici: struttura, nomenclatura, proprietà acido-base. Ammine: struttura, nomenclatura, proprietà acido-base. Amminoacidi: proprietà acido-base, punto isoelettrico.
- Chiralità. Configurazione relativa ed assoluta. Enantiomeri e disatereoisomeri.
- Alcoli: struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche, reattività. I concetti di nucleofilo ed elettrofilo. Reazioni di sostituzione nucleofila, meccanismi Sn2 e Sn1. Carbocationi. Reazioni di eliminazione, meccanismi E2 e E1. Eteri. Tioli. Solfuri.
- Alcheni, struttura, nomenclatura e proprietà. Isomeria. Idrogenazione del doppio legame. Meccanismo di addizione elettrofila al doppio legame: addizione di acidi alogenidrici, acqua, alogeni. Polimerizzazione, polimeri sintetici e naturali. Dieni, effetti di coniugazione. Alchini.
- Composti aromatici, aromaticità e regole di Huckel. Eteroaromatici. Fenoli e ammine aromatiche.
- Derivati degli acidi carbossilici. Meccanismo di sostituzione nucleofila acilica. Esteri: nomenclatura e proprietà. Idrolisi basica e acida degli esteri. Esterificazione di Fisher. Ammidi: nomenclatura e proprietà. Idrolisi basica e acida delle ammidi.
- Lipidi. Struttura e proprietà degli acidi grassi e dei trigliceridi. Reazioni dei trigliceridi formati da grassi saturi e insaturi: saponificazione, autoossidazione, idrogenazione. Irrancidimento ossidativo e idrolitico.
- Peptidi e proteine: struttura, proprietà e classificazione. Proteine negli alimenti.
- Aldeidi e chetoni: struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche. Meccanismo di addizione nucleofila. Addizione di acqua. Addizione di alcoli: formazione di emiacetali ed acetali. Addizione di ammine: formazione di immine. Ossidazine delle aldeidi, saggi di riconoscimento. Tautomeria cheto-enolica e condensazione aldolica.
- Carboidrati. Struttura dei monosaccaridi, conformazioni in soluzione, mutarotazione. Glucosio, fruttosio, galattosio. Glicosidi. Ossidazione degli zuccheri, zuccheri riducenti. Riduzione degli zuccheri. Reazioni con le ammine, la reazione di Maillard. Decomposizione termica: reazione di caramellizzazione. Disaccaridi: maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio. Idrolisi dei disaccaridi, zucchero invertito. Polisaccaridi: amilosio, amilopectina, amido, glicogeno, cellulosa.
Bibliografia
Masterton, Hurley: Chimica, Principi e reazioni. Editore Piccin Padova;
Brown, Poon: Introduzione alla Chimica Organica. Editore EDISES Napoli
Metodi didattici
Il corso si svolge in 63 ore di lezioni frontali, e 15 ore di esercitazioni. Durante le ore frontali, gli studenti vengono guidati alla comprensione dei concetti di base ed applicativi della Chimica Generale ed Organica. Dopo ogni set di argomenti sono programmate esercitazioni in aula con lo scopo di permettere allo studente di valutare il proprio grado di comprensione della materia. A tale scopo sono proposti problemi che vengono discussi in concertazione con gli studenti .
Modalità verifica apprendimento
La prova finale consiste in una prova scritta di chimica generale, seguita da una prova scritta di chimcia organica, contenenti una serie di problemi che vengono proposti alla soluzione degli studenti. Entrambe le prove devono essere superate con una votazione che deve essere superiore a 18/30. La votazione finale sarà la media fra le due prove.
Altre informazioni
Il materiale didattico è fornito agli studenti all’inizio del corso.
Il docente si intrattiene con gli studenti per chiarimenti e discussioni al termine della lezione ed è disponibile a fornire ulteriori chiarimenti, previo appuntamento.
