28625 - FONDAMENTI DI CHIMICA T-A (L-Z)

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire le conoscenze di Chimica necessarie per interpretare le proprietà ed il comportamento dei materiali coinvolti nei principali processi di produzione e per comprendere gli effetti di questi ultimi sull’ambiente.

Contenuti

Il programma del corso prevede i seguenti argomenti:

1. L'atomo e i modelli atomici

· Composizione dell'atomo (elettroni, protoni e neutroni): esperimento di Rutherford, spettro elettromagnetico, principio indeterminazione.

· Numero atomico, numero di massa, isotopi.

· Struttura dell'atomo e modelli atomici: Thompson, Rutherford, Bohr e spettri atomici, Schrodinger e l'atomo di idrogeno.

· Configurazione elettronica di atomi e ioni polielettronici: spin elettronico, principio di Pauli, regole di Hund, carica nucleare effettiva.

2. Mole, reazioni chimiche e stechiometria

· Il concetto di mole

· La mole, massa molare vs. molecolare, “peso” formula vs. “peso” molecolare, composizione percentuale dei composti, formule empiriche e molecolari.

· Equazione chimica e suo bilanciamento, stechiometria, reagente limitante e reagente in eccesso, resa di reazione.

· Esercizi di stechiometria.

3. La tavola periodica, il legame chimico e le interazioni intermolecolari

· Tavola periodica e proprietà periodiche (raggio atomico, energie di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, carattere metallico).

· Legame chimico: il legame ionico e quello covalente, elettroni di valenza, formule di Lewis.

· Legame ionico: composti ionici (stechiometria e geometria), La valenza ionica.

· Legame covalente: caratteristiche, legame singolo, doppio e triplo, legame dativo, regola dell’ottetto ed eccezioni.

· Geometria molecolare secondo il modello VSEPR, teoria del legame di valenza e ibridazione, proprietà del legame chimico (ordine di legame, distanza di legame ed energia di legame).

· Legame covalente puro e polare, polarità molecolare e momento dipolare.

· Legame metallico. Conduttori, semiconduttori ed isolanti.

· Forze intermolecolari: interazioni ione-ione, ione-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, forze di London e legame ad idrogeno.

4. Valenza e numero di ossidazione, nomenclatura dei composti inorganici

· Valenza, numero d’ossidazione, carica reale vs. formale.

· Nomenclatura dei composti inorganici (tradizionale, IUPAC e secondo Stock): distinzione tra metalli e non metalli, ossidi ed anidridi, acidi, idrossidi, idruri e sali.

5. Stati di aggregazione della materia

· Lo stato gassoso: legge di Boyle, legge di Charles, ipotesi di Avogadro, legge dei gas ideali e teoria cinetica molecolare, miscele di gas, pressioni parziali, legge di Dalton gas reali ed equazione di van der Waals.

· Lo stato liquido: forze intermolecolari, tensione superficiale, capillarità, viscosità, pressione di vapore, cambiamenti di stato, curve di riscaldamento e raffreddamento di sostanze pure, stati metastabili, fluidi supercritici, diagrammi di fase.

· Lo stato solido: solidi ionici, molecolari, covalenti e metallici, solidi cristallini e amorfi, reticoli cristallini cubici, densità di un solido cristallino, strutture di alcuni solidi cristallini metallici e ionici, difetti nei cristalli, legame metallico.

6. Soluzioni

· Soluzioni: formazione di una soluzione, soluzioni acquose, solubilità ed equilibrio, effetto di temperatura e pressione sulla solubilità in soluzioni acquose.

· Unità di misura della concentrazione: molarità, frazione molare, molalità, percentuale in massa.

· Proprietà colligative delle soluzioni con soluti volatili e non: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico.

· Diagrammi di stato ad uno e due componenti.

7. Termodinamica e termochimica

· Primi accenni alla termochimica: processi esotermici ed endotermici; energia, calore e lavoro; concetto di sistema, ambiente e universo; sistema aperto, chiuso ed isolato; capacità termica specifica e calore latente nei passaggi di stato.

· Primo principio della termodinamica, energia interna, entalpia, legge di Hess ed entalpie standard di formazione e combustione.

· Calorimetria: capacità termica, calorimetri, energia e passaggi di stato.

8. Cinetica chimica

· Cinetica chimica: velocità di reazione ed equazioni cinetiche; effetto della concentrazione (cinetica di ordine 0 e di ordine 1), effetto della temperatura (teoria delle collisioni), area di contatto e catalizzatori.

· Energia di attivazione ed urti efficaci, ruolo del catalizzatore e catalisi omogenea ed eterogenea (accenni).

· Meccanismi di reazione e molecolarità.

9. Equilibrio chimico

· Costante di equilibrio: equilibri omogenei ed eterogenei, significato della costante di equilibrio, calcolo della composizione all'equilibrio, quoziente di reazione.

· Perturbazione dell'equilibrio e principio di Le Chatelier, influenza dei parametri esterni sugli stati di equilibrio (variazione delle concentrazioni, della temperatura, del volume o delle pressioni).

10. Equilibrio acido-base

· Equilibri acido-base in soluzioni acquose: definizione di acido e base secondo Arrhenius, acidi e basi forti/deboli, acidi mono e poliprotici, lo ione idronio. Definizione acido-base di Bronsted e Lowry, coppie coniugate acido-base, sostanze anfiprotiche.

· Autoprotolisi dell’acqua, Kw, pH e pOH. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti.

11. Fondamenti di chimica organica

· Nozioni di Chimica Organica.

· Combustibili fossili e biocarburanti. Combustione. Il calcolo del numero di ottani

· Gli eteroatomi e i principali gruppi funzionali

12. Materiali polimerici

· Reazioni di polimerizzazione e metodi industriali di produzione dei polimeri. Cristallinità. Lavorazione dei materiali polimerici.

· Classi di polimeri: termoplastici, termoindurenti, tecnopolimeri, elastomeri.

· Proprietà meccaniche dei polimeri.

· Il riciclo dei materiali polimerici

· I polimeri da fonti rinnovabili

13. Materiali metallici

· Diagrammi di stato: sostanze pure e a due componenti. Regola delle fasi e regola della leva.

· Produzione di acciai e ghise.

· Diagramma di stato Ferro-Carbonio.

· Trattamenti termici degli acciai e prestazioni meccaniche.

· Leghe metalliche non ferrose.

14. I materiali compositi

· Materiali compositi a matrice polimerica

· Compositi a base di fibra di carbonio, Kevlar e fira di vetro

· Metodi di preparazione e proprietà dei materiali compositi

15. Le proprietà meccaniche

· Le proprietà meccaniche dei materiali plastici e degli acciai

· Il diagramma sforzo deformazione

· Le prove dinamico-meccaniche e le prove a fatica

· Le prove ad impatto

ESERCITAZIONI:

· La mole e la massa molare.

· Bilanciamento di reazioni chimiche. Ossido-riduzioni.

· Calcoli stechiometrici.

· Calcolo del calore di reazione.

· Nomenclatura di chimica inorganica.

· Calcolo di concentrazioni di soluzioni acquose.

· Calcolo di pH di acidi e basi forti.

Testi/Bibliografia

M.S. Silberberg "Chimica. La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni" ed. McGraw-Hill

R.A. Michelin, A. Munari "Fondamenti di Chimica" ed.CEDAM

R.A. Michelin, M. Mozzon, A. Munari "Test ed Esercizi di Chimica", ed. CEDAM

Metodi didattici

Lezioni teoriche ed esercitazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore senza l'aiuto di appunti, libri e materiale diverso da quello fornito dall'insegnante.

La prova scritta consiste di norma di domande di teoria a risposta multipla o aperte e di esercizi sugli argomenti svolti a lezione. Superata la prova scritta con un punteggio uguale o superiore a 18/30, è possibile migliorare il voto con una prova orale. La prova orale è facoltativa.

La prova orale consiste in una revisione della prova scritta in cui gli esaminatori richiedono precisazioni all’allievo sugli errori commessi e in un approfondimento su alcune tematiche fondamentali.

Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento, ed in particolare al raggiungimento degli obiettivi didattici:

- conoscenza della struttura atomica della materia e delle sue proprietà nei diversi stati di aggregazione

- conoscenza dei metodi di risoluzione di problemi di chimica di base

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni frontali si avvarranno dell'utilizzo principalmente della lavagna luminosa e videoproiettore. Il materiale utilizzato a lezione sara' disponibile online agli studenti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Annamaria Celli