28625 - FONDAMENTI DI CHIMICA T-A (A-K)

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, 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, strutture di alcuni solidi cristallini metallici e ionici, difetti nei cristalli.

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. 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. 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.

Testi/Bibliografia

Per la parte teorica di chimica è consigliato uno dei testi seguenti:

R. Chang, J. Overby. Fondamenti di Chimica Generale. McGraw-Hill

R.A. Michelin, A. Munari. Fondamenti di Chimica. CEA

Per la parte teorica dei materiali è consigliato:

W.F. Smith, J. Hashemi Scienza e tecnologia dei materiali. McGraw-Hill

Per la parte di esercitazioni:

• si possono risolvere i problemi in fondo ai capitoli nei testi sopra indicati (ove presenti)
  
  
• nel materiale didattico sono a disposizione degli studenti esercizi preparati sulla traccia di quelli svolti nelle esercitazioni in aula

Metodi didattici

Il corso si basa su lezioni frontali, svolte in aula o da remoto supportate mediante la proiezione di presentazioni in PowerPoint.

Sui vari argomenti del programma è previsto lo svolgimento di esercizi guidati. Gli esercizi svolti saranno analoghi, per tipologia e difficoltà, a quelli proposti in sede di esame.

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. E’ consentito unicamente l'utilizzo di cancelleria e della calcolatrice.

La prova scritta consiste di domande di teoria a risposta multipla o aperte e di esercizi sugli argomenti svolti a lezione. In particolari situazioni la prova d'esame potra' essere orale.

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite AlmaEsami, entro le scadenze indicate. È necessario presentarsi in sede d'esame muniti di un documento di identità o del badge universitario, pena l'esclusione dalla prova.

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 bas.e

Le modalità dell'esame potrebbero subire delle variazioni in base all'evoluzione dell'emergenza sanitaria.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico proiettato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite la piattaforma IOL.

Il materiale didattico fornito agli studenti, anche se integrato dagli appunti presi a lezione, non è sostitutivo dei testi di riferimento ma costituisce una guida per la selezione e la comprensione degli argomenti da trattare.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Gioia

Consulta il sito web di Laura Sisti