Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprensione D1: Lo/a studente/ssa acquisirà le conoscenze di base di: nomenclatura e terminologia chimica, tipologia di reazioni, proprietà degli elementi e dei loro composti, le relazioni fra i gruppi e gli andamenti nella Tavola Periodica. Lo/a studente/ssa imparerà a riconoscere le caratteristiche strutturali dei composti più semplici. Lo/a studente/ssa apprenderà le teorie utilizzate per descrivere gli stati della materia i fondamenti della termodinamica, elettrochimica, teoria cinetica dei gas e cinetica chimica e delle loro applicazioni. Lo/a studente/ssa saprà interpretare i meccansimi più semplici delle reazioni chimiche, e acquisirà conoscenze di base sulle trasformazioni chimiche. In particolare comprenderà i due aspetti fondamentali della chimica di base: l'aspetto numerico/stechiometrico (calcoli fondamentali, utilizzo corretto di formule) e l'aspetto pratico/sperimentale (partecipazione attiva alle esercitazioni di laboratorio, utilizzo delle attrezzature di base del laboratorio chimico.
Applicazione delle conoscenze e comprensione D2: Lo/a studente/ssa acquisirà la capacità di applicare calcoli elementari di bilancio energetico, confrontare costanti di equilibrio di interpretare in modo formale e formulare modelli basati sulle conoscenze chimiche e fisiche di base. Sarà in grado di svolgere autonomamente problemi stechiometrici relativi ai calcoli ponderali, al riconoscimento del reagente limitante, sarà in grado di eseguire ossidoriduzioni, determinare e convertire concentrazioni, calcolare il pH di soluzioni in diverse condizioni e saprà determinare la solubilità di semplici composti. Al termine della parte laboratoriale lo studente sarà in grado di lavorare in laboratorio in sicurezza; sarà in grado di riconoscere le indicazioni di rischio e protezione e sarà capace di utilizzare i dispositivi di protezione individuale e di gruppo. Saprà riconoscere la vetreria e la strumentazione di base di un laboratorio chimico e saprà usarla nella maniera corretta. Avrà acquisito una manualità sufficiente a svolgere operazioni di laboratorio di chimica di base propedeutiche ai laboratori più avanzati. Lo studente sarà in grado di utilizzare in sicurezza le sostanze chimiche, incluso il loro corretto smaltimento; sarà in grado di eseguire sintesi e caratterizzazione di composti semplici utilizzando procedure standard, pratiche sicure di laboratorio e strumentazione standard di laboratorio; sarà capace di raccogliere dati scientifici attraverso le osservazioni e le misure di laboratorio, di elaborarli e di interpretarli.
Autonomia di giudizio D3: Lo/a studente/ssa saprà analizzare un problema di natura chimica e saprà riconoscere il metodo più idoneo per arrivare alla risoluzione. Lo studente sarà capace di raccogliere e valutare criticamente, presentare e discutere i risultati sperimentali acquisiti in attività svolte in collaborazione; sarà capace di programmare e condurre un esperimento, anche progettandone i tempi e le modalità; sarà in grado di manipolare le sostanze in condizioni di sicurezza, di classificare le sostanze di scarto, residui di lavorazione e smaltirle correttamente; sarà capace di correlare i dati e risultati acquisiti sperimentalmente con modelli teorici.
Abilità comunicative D4: Lo/a studente/ssa saprà comunicare, sia in forma orale che scritta nell'ambito delle attività e rapporti professionali, con un rispetto del linguaggio chimico, per esprimere i contenuti in modo chiaro e lineare e saprà agire in un contesto di gruppo
Capacità di apprendimento D5: Lo/a studente/ssa sarà in grado di intraprendere studi accademici di livello superiore con un sufficiente grado di autonomia o di continuare la propria formazione professionale. Lo/a studente/ssa saprà evidenziare i collegamenti tra i diversi aspetti della disciplina, e apprenderà quali approfondimenti si incontreranno negli anni di studio successivi.
Prerequisiti
Nessuno
Contenuti dell'insegnamento
CHIMICA GENERALE E INORGANICA:
1 Fondamenti della teoria atomica e molecolare
2 Struttura dell`atomo
3 Legame chimico
4 Nomenclatura
5 Stati di aggregazione della materia: gas, liquidi, solidi
6 Soluzioni
7 Termodinamica chimica
8 Equilibrio chimico
9 Equilibri ionici
10 Cinetica chimica
11 Celle elettrolitiche e celle galvaniche
12 Chimica inorganica
LABORATORIO:
Le prime lezioni tratteranno l’introduzione alla nomenclatura in chimica, le reazioni chimiche, e i principali metodi di calcolo stechiometrico.
Le lezioni della seconda parte del semestre riguarderanno esercizi di tipo numerico su: sistemi gassosi, equilibrio chimico, teoria degli acidi e delle basi e solubilità.
Saranno inoltre trattate a lezione le spiegazioni riguardanti le attività di laboratorio e le procedure di sicurezza nel laboratorio chimico. Nella seconda parte del semestre verranno svolte 6 attività pratiche nel laboratorio chimico più una finale di verifica.
Programma esteso
CHIMICA GENERALE1 Fondamenti della teoria atomica e molecolare
Stati di aggregazione della materia. Nome e simboli degli elementi. Equazioni chimiche. Pesi atomici e pesi molecolari relativi. Scala dei pesi atomici. Mole e numero di Avogadro. Pesi atomici e molecolari assoluti.
2 Struttura dell`atomo
Principi della meccanica quantistica. Atomo di idrogeno. Atomi polielettronici. Proprietà periodiche degli elementi.
3 Legame chimico
Legame ionico. Proprietà dei composti ionici. Legame covalente. Teoria di Lewis. Teoria VSEPR. Teoria del legame di valenza (vb) e teoria dell`orbitale molecolare (mo). Orbitali ibridi. Descrizione con il metodo vb dei legami in molecole e ioni poliatomici semplici, sia inorganici che organici. Legame metallico. Legami di van der Waals. Legame di idrogeno.
4 Nomenclatura dei composti.
Le reazioni chimiche. Numero di ossidazione. Classificazione e nomenclatura dei composti inorganici. Reazioni chimiche: reazioni di salificazione, reazioni di scambio e reazioni di ossido-riduzione.
5 Stati di aggregazione della materia
Stato gassoso: proprietà dei gas ideali, e reali. Liquefazione dei gas. Stato liquido. Stato solido: proprietà dei solidi. Reticoli cristallini e celle elementari. Tipi di solidi cristallini: cristalli metallici, ionici, covalenti e molecolari. Polimorfismo e isomorfismo.
6 Soluzioni
Proprietà generali delle soluzioni. Concentrazioni. Legge di Raoult. Proprietà colligative. Pressione osmotica. Dissociazione ed associazione dei soluti.
7 Termodinamica chimica
Definizione di sistema, lavoro e calore. Energia interna, entalpia. Leggi della termochimica. Principi della termodinamica. Entropia. Energia libera di Gibbs. Definizione di equilibrio.
8 Equilibrio chimico
Equilibrio nei sistemi omogenei. Costante di equilibrio e sua dipendenza dalla temperatura. Equilibri eterogenei. Regola della fasi. Sistemi ad un componente. Sistemi binari formati da liquidi miscibili in ogni rapporto o completamente immiscibili. Sistemi binari solido-liquido.
9 Equilibri ionici
Prodotto di solubilità. La natura degli acidi e delle basi. Ionizzazione dell`acqua. pH e sua determinazione. Dissociazione degli acidi e delle basi sia forti che deboli in soluzione acquosa diluita. Equilibri idrolitici. Indicatori di pH. Curve di titolazione acido-base. Soluzioni tampone. Sostanze anfotere.
10 Cinetica chimica
velocità di reazione e fattori che la influenzano. Ordine di reazione. Meccanismi di reazione. Influenza della temperatura sulla velocità di reazione. Catalisi. Meccanismi di reazione.
11 Celle elettrolitiche e celle galvaniche
dissociazione elettrolitica e conducibilità ionica. Solvatazione degli ioni. Celle elettrolitiche. Celle galvaniche. Potenziali normali di riduzione. Elettrodi di riferimento. Calcolo della f.e.m. di una pila.
12 Chimica inorganica
Proprietà generali dei gruppi. Proprietà generali dei più importanti elementi dei gruppi principali e di transizione e dei loro più importanti composti. Processi di importanza industriale.
LABORATORIO
Stechiometria, masse atomiche e molecolari, mole, equazioni chimiche e loro bilanciamento. Formula empirica, purezza, reagente limitante e resa. Leggi dei gas perfetti e reali e loro applicazioni. Modi per esprimere le concentrazioni e proprietà colligative. Equilibrio chimico in fase gas. Costanti di equilibrio e principio di Le Chatelier. Equilibri in soluzione: equilibri acido-base, idrolisi, tamponi, titolazioni, solubilità dei sali. Esercitazioni pratiche di laboratorio 1. Sintesi dello ioduro di zinco dagli elementi 2. Preparazione di soluzioni di nitriti a diluizione crescente. Composizione delle soluzioni. Preparazione di soluzioni, diluizioni, recipienti tarati, punto di equivalenza 3. Sistemi acido-base in soluzione acquosa. Costruzione delle curve di titolazione mediante pHmetro e utilizzo degli indicatori.
Bibliografia
TESTI CONSIGLIATI
CHIMICA GENERALE
Uno a scelta dei seguenti testi:
P. ATKINS e L. JONES, Principi di Chimica, Casa Editrice Zanichelli
FUSI, BACCHI, GIORGI, MARCHETTI, MESSORI, PAOLI, PUNZO, SORTINO, TOLAZZI - Chimica generale e Inorganica, Casa Editrice Idelson-Gnocchi, 2011
A.M. MANOTTI LANFREDI e A. TIRIPICCHIO, Fondamenti di Chimica, Casa Editrice Ambrosiana
P. Zanello-R.Gobetto-R.Zanoni, Conoscere la chimica, CEA, 2009
ATKINS, JONES - Chimica Generale - Zanichelli
R.H. PETRUCCI e W.S. HARWOOD, Chimica Generale, Casa Editrice Piccin
KOTZ e TREICHEL- Chimica - EdiSES
KW Whitten, RE Davis, ML Peck, GG Stanley - Chimica Generale - Piccin, 2004
R Chang, Fondamenti di Chimica generale, McGraw-Hill, 2009
J. Burdge, CHIMICA, Casa editrice Ambrosiana, 2010
LABORATORIO
- Esercizi di Chimica:
I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, E. Ravera
Stechiometria - Un avvio allo studio della chimica - 6a edizione
Casa Editrice Ambrosiana (Zanichelli)
- Come approfondimento (Testo disponibile in biblioteca):
M. Bruschi
Stechiometria e laboratorio di chimica generale
Pearson
- Per i concetti di teoria generali:
P. W. Atkins, L. Jones, L. Laverman
Principi di chimica - 4a edizione
Zanichelli
Metodi didattici
CHIMICA GENERALE
Lezioni frontali. Il corso si articola su 72 ore di lezioni frontali, associate a 12 ore di tutorato svolto in aula dal docente. Le lezioni si avvalgono di supporti informatici. Vengono indicate risorse multimediali gratuite internazionali su web per approfondire le conoscenze e familiarizzare gli studenti con l'utilizzo della lingua inglese in ambito scientifico. Le lezioni potranno, in caso di necessità, svolgersi in modalità mista:
- in presenza con la possibilità di fruire le lezioni anche a distanza in modalità sincrona (via Teams).Per promuovere la partecipazione attiva al corso, verranno proposte diverse attività sia individuali che a piccolo gruppo, attraverso l’utilizzo delle risorse presenti in Elly, quali i Forum e i quiz.
LABORATORIO
Le attività didattiche frontali vedranno un momento in cui il docente spiega la parte teorica con l’ausilio di proiezione di slide in cui verranno discusse le metodologie per affrontare esercizi di stechiometria riguardanti gli argomenti riportati nel programma del corso. Durante il corso verranno presentati costanti collegamenti con gli argomenti svolti nel corso di Chimica Generale ed Inorganica. Un secondo momento prevede esercitazioni alla lavagna in parte condotte dal docente ed in parte dagli studenti. Il corso prevede anche una serie di esercitazioni nei laboratori chimici, a frequenza obbligatoria. Le esercitazioni saranno prevalentemente di carattere individuale, ed hanno lo scopo di fornire agli studenti sia la conoscenza sulle principali tecniche di base che le capacità di trovare in autonomia le soluzioni a problemi pratici, o a progettare autonomamente gli esperimenti. Gli studenti perfezioneranno la loro capacità di descrizione delle attività attraverso la stesura di un quaderno di laboratorio. Verrà infine programmata un'attività di tutoraggio sotto forma di incontri in aula con il docente, il quale risponderà a domande degli studenti relative al corso, al fine di permettere agli studenti, in maniera guidata, di affrontare difficoltà nel loro percorso sia con attività di studio sia indipendenti che collettive. Parte del materiale didattico è disponibile in rete sul portale Elly.
Modalità verifica apprendimento
Se svolto in presenza, l’esame consisterà in un test scritto (210 minuti) e un colloquio. Il test è composto da:
- 12 domande a risposta aperta su argomenti del corso di Chimica Generale ed Inorganica, tratte da un elenco a disposizione degli studenti sul portale Elly
- 3 esercizi riguardanti argomenti del corso di Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica
Se svolto in remoto, l'esame scritto è ridotto a 7 domande e 2 esercizi, svolti in 100 minuti.
Il voto del test sarà pesato come 3/5 il voto della prima sezione, e 2/5 quello della seconda e viene comunicato il primo giorno di convocazione per le prove orali. Lo studente dovrà comunque conseguire la sufficienza in entrambe le sezioni singolarmente.
Il colloquio (esame orale, 40 minuti) riguarderà sia gli argomenti del corso di Chimica Generale ed Inorganica che quelli di Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica. In caso di mancato superamento del colloquio, lo studente dovrà affrontare di nuovo sia lo scritto che il colloquio.
Il voto finale sarà calcolato come media dei voti del test e del colloquio e viene imediatamente comunicato.
La valutazione della parte di Chimica Generale si basa sulla verifica delle conoscenze e comprensione attraverso le 12 domande della prova scritta, che vertono su tutti i capitoli del programma. La prova orale ha il fine di valutare la capacità di applicare le conoscenze e l'autonomia di giudizio attraverso 3-5 domande su: strutture molecolari e teorie del legame; termodinamica e cinetica; chimica inorganica. Scala di valutazione: 18-23: scrivere strutture di Lewis di molecole semplici, identificare i fattori che governano gli equilibri, conoscere i passaggi di fase, gli equilibri eterogenei, conoscere le principali proprietà periodiche. 24-27: sapere discutere i fattori che determinano la spontaneità dei processi e le correlazioni struttura-proprietà; saper discutere la spontaneità delle redox. 28-30: sapere discutere le proprietà elettroniche molecolari mediante le teorie del legame, gli spostamenti dall'equilinìbrio, le relazioni tra i concetti relativi a legame, termodinamica, elettrochimica e cinetica.
Per quanti riguarda gli argomenti del corso di Laboratorio di Chimica Generale ed Inorganica, gli studenti dovranno di mostrare di avere acquisito:
- contenuti teorici di base
- capacità di presentare i contenuti appresi con un approccio tecnico adeguato e pertinente al proprio campo di studi
- capacità di collegare fra loro contenuti e informazioni diversificate, trovando in maniera autonoma soluzioni a problemi di base proposti allo studente
- conoscenza dell'utilizzo delle tecniche di laboratorio di base
- capacità di descrivere sotto forma di relazioni la propria attività sperimentale, collegandola con i contenuti teorici. Il docente valuterà durante le esercitazioni di laboratorio la capacità dello studente di lavorare in sicurezza e di seguire le procedure che verranno consegnate. Valuterà la capacità di stilare relazioni sull’attività svolta attraverso la valutazione del quaderno di laboratorio, e la manualità, l’autonomia e la capacità d’uso della strumentazione e vetreria di base di laboratorio attraverso un’esercitazione di laboratorio finale. La valutazione complessiva sull’attività di laboratorio (quaderno + esercitazione di finale di verifica) porterà ad un giudizio di idoneità. La prova scritta di stechiometria prevede la risoluzione di esercizi riguardanti il calcolo e la conversione di concentrazioni, esercizi di calcolo ponderali, ossido riduzioni e calcolo del pH di soluzioni in varie condizioni. Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di risolvere in maniera sufficiente ciascuna delle sezioni indicate.
Le prove d’esame passate con il risultato dei problemi sono messi a disposizione su Elly per consentire agli studenti di valutare la propria preparazione.
Altre informazioni
Parte del materiale didattico è disponibile in rete.
I docenti sono reperibili per chiarimenti e discussioni, previo appuntamento.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile
