38837 - CHIMICA GENERALE

Anno Accademico 2022/2023

  • Docente: Luca Laghi
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: CHIM/03
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Moduli: Luca Laghi (Modulo 1) Gianfranco Picone (Modulo 2)
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
  • Campus: Cesena
  • Corso: Laurea in Viticoltura ed enologia (cod. 8527)

    Valido anche per Laurea in Tecnologie alimentari (cod. 8528)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento, lo studente conosce le basi teoriche necessarie per la comprensione della struttura della materia, nelle sue costituenti atomiche e molecolari. Lo studente possiede un metodo adatto alla trattazione scientifica dei fenomeni alla base della trasformazione della materia con modelli adeguati alal descrizione rigorosa degli aspetti termodinamici e cinetici.

Contenuti

Unità didattica teorica (30 ore)

Parte 1 di 11 - Dalla Materia alla Legge dei Gas - Stabilire le grandezze fisiche caratteristiche di una misura; Applicare le unità di misura del Sistema Internazionale e i relativi prefissi; Valutare la precisione e l’accuratezza di una misura; Individuare quali proprietà di un campione dipendono dalle dimensioni del campione stesso e quali ne sono indipendenti; Distinguere tra massa e peso; Collegare accuratezza e precisione di una misura con errori sistematici e accidentali; Classificare la materia in base al proprio stato fisico; Classificare gli stati fisici in base alle forze attrattive che li caratterizzano; Classificare gli stati fisici da un punto di vista microscopico; Conoscere i postulati della teoria corpuscolare; Mettere in relazione la concentrazione di una soluzione con la sua densità; Classificare un sistema come omogeneo o eterogeneo; Individuare le tecniche più adatte per la separazione dei miscugli sulla base delle caratteristiche del miscuglio stesso; Classificare un materiale come sostanza pura o miscuglio; Comprendere che cosa avviene scaldando un corpo; Interpretare, secondo la teoria cinetica, le soste nelle curve di analisi termica; Mettere a confronto sostanze diverse in base alle temperature dei passaggi di stato e ai valori di calore latente; Indicare le evidenze sperimentali che sottendono la legge di Boyle; Indicare le evidenze sperimentali che sottendono la legge di Charles; Indicare le evidenze sperimentali che sottendono la legge di Gay-Lussac; Riconoscere che il gas ideale è un modello; Prevedere il comportamento di una quantità fissa di gas al variare di p, V o T; Riconoscere il comportamento degli aeriformi come strumento per la determinazione delle formule molecolari e delle masse atomiche.

Parte 2 di 11 - Gli Atomi e le Molecole - Distinguere le trasformazioni fisiche dalle trasformazioni chimiche; Distinguere un elemento da un composto; Indicare le evidenze sperimentali che portarono Lavoisier a formulare la legge di conservazione della massa; Indicare le evidenze sperimentali che portarono Proust a formulare la legge delle proporzioni definite; Indicare le evidenze sperimentali che portarono Dalton a formulare la legge delle proporzioni multiple; Saper «leggere» una formula; Descrivere la composizione di una sostanza; Collegare massa, quantità chimica e numero di atomi di un campione; Comprendere la relazione tra composizione percentuale in massa e composizione atomica di un composto; Determinare la massa molare di una sostanza nota la formula; Utilizzare il concetto di mole per convertire la massa/il volume di una sostanza o il numero di particelle elementari in moli e viceversa; Determinare la formula empirica e molecolare di un composto; Comprendere la differenza tra gas reali ed ideali e applicare la legge di van der Waals.

Parte 3 di 11 - Dagli Atomi ai Legami - Comprendere come prove sperimentali abbiano determinato il passaggio dal modello atomico di Thomson a quello di Rutherford; Spiegare come la composizione del nucleo determini l’identità chimica dell’atomo; A partire dalla struttura atomica, comprendere come avviene la formazione dei legami; Riconoscere che il modello atomico di Bohr ha come fondamento sperimentale l’analisi spettroscopica della radiazione emessa dagli atomi; Comprendere come la teoria di de Broglie e il principio di indeterminazione siano alla base di una concezione probabilistica della materia; Distinguere tra comportamento ondulatorio e corpuscolare della radiazione elettromagnetica; Comprendere il significato di onda stazionaria e l’importanza della funzione d’onda; Essere consapevole dell’esistenza di livelli e sottolivelli energetici e della loro disposizione in ordine di energia crescente verso l’esterno; Utilizzare la simbologia specifica e le regole di riempimento degli orbitali per la scrittura delle configurazioni elettroniche di tutti gli atomi.

Parte 4 di 11 - La Tavola Periodica - Descrivere le principali proprietà di metalli, semimetalli e non metalli; Individuare la posizione delle varie famiglie di elementi nella tavola periodica; Spiegare la relazione fra Z, struttura elettronica e posizione degli elementi sulla tavola periodica; Comprendere che la legge della periodicità è stata strumento sia di classificazione sia di predizione di elementi; Discutere lo sviluppo storico del concetto di periodicità; Spiegare gli andamenti delle proprietà periodiche degli elementi nei gruppi e nei periodi.

Parte 5 di 11 - I Legami Chimici - Distinguere e confrontare i diversi legami chimici (ionico, covalente, metallico), Stabilire in base alla configurazione elettronica esterna il numero e il tipo di legami che un atomo può formare, Definire la natura di un legame sulla base della differenza di elettronegatività Descrivere le proprietà osservabili dei materiali, sulla base della loro struttura microscopica Prevedere, in base alla posizione nella tavola periodica, il tipo di legame che si può formare tra due atomi. Prevedere, in base alla teoria VSEPR, la geometria di semplici molecole; Individuare se una molecola è polare o apolare, dopo averne determinato la geometria in base al modello VSEPR Riconoscere i vari tipi di ibridazione.

Parte 6 di 11 - Soluzioni e reazioni chimiche - Interpretare i processi di dissoluzione in base alle forze intermolecolari che si possono stabilire tra le particelle di soluto e di solvente; Organizzare dati e applicare il concetto di concentrazione e di proprietà colligative; Leggere diagrammi di solubilità (solubilità/temperatura; solubilità/pressione); Conoscere i vari modi di esprimere le concentrazioni delle soluzioni; Comprendere le proprietà colligative delle soluzioni; Interpretare un’equazione chimica in termini di quantità di sostanza; Interpretare un’equazione chimica in termini di quantità di sostanza; Mettere in relazione dati teorici e dati sperimentali; Conoscere i vari tipi di reazioni chimiche; Individuare le reazioni di doppio scambio in cui si forma un precipitato; Riconoscere una reazione di neutralizzazione. Classificare le principali categorie di composti inorganici in binari/ternari, ionici/molecolari; Raggruppare gli ossidi in base al loro comportamento chimico; Raggruppare gli idruri in base al loro comportamento chimico; Applicare le regole della nomenclatura IUPAC e tradizionale per assegnare il nome a semplici composti e viceversa; Scrivere le formule di semplici composti; Scrivere la formula di sali ternari.

Parte 7 di 11 - Gli equilibri chimici - Prevedere l’evoluzione di un sistema, noti i valori di Keq e il carattere esotermico o endotermico di una reazione; Acquisire il significato concettuale del principio di Le Châtelier; Comprendere l’evoluzione storica e concettuale delle teorie acido-base; Classificare i composti come elettroliti forti, deboli o non elettroliti; Stabilire la forza di un acido/base, noto il valore di Ka/Kb.

Parte 8 di 11 - Gli equilibri in soluzione acquosa - Individuare il pH di una soluzione; Mettere in relazione la forza di un acido/base con la Ka; Determinare il pH per acidi/basi deboli; La titolazione acido-base; scegliere la relazione opportuna per determinare il pH; comprendere i meccanismi dell’idrolisi salina; Individua il carattere acido, basico o neutro di una soluzione sulla base della colorazione della cartina indicatrice; Calcola il pH di soluzioni di acidi/basi forti e deboli; Spiega quali coppie possono formare una soluzione tampone; classificare le sostanze in base alla loro solubilità usando il Kps.

Parte 9 di 11 - La termodinamica - Descrivere come variano l’energia potenziale e l’energia cinetica durante una trasformazione; Comprendere il significato della variazione di entalpia durante una trasformazione; Mettere in relazione la spontaneità di una reazione con la variazione di entalpia e di entropia; spiega come varia l’energia chimica di un sistema durante una trasformazione endotermica/esotermica; Mettere in relazione il segno della variazione dell’entalpia con il calore scambiato con l’ambiente; Prevedere la spontaneità di una reazione, attraverso la variazione di energia libera del sistema; Conoscere il diverso potere calorifico dei combustibili; Distinguere le trasformazioni spontanee; Mettere a confronto i combustibili fossili e i biocombustibili; Individuare nella fusione spontanea del ghiaccio, la variazione entalpica ed entropica.

Parte 10 di 11 - La cinetica - Descrivere i fattori che influenzano la velocità di una reazione; Distinguere tra energia di reazione ed energia di attivazione; Spiegare in che modo agisce un catalizzatore; Spiegare la cinetica di reazione alla luce della teoria degli urti; legge di Arrhenius.

Parte 11 di 11 - La reazioni di ossido-riduzione - Riconoscere, in una reazione di ossido-riduzione, l’agente che si ossida e quello che si riduce; Scrivere le equazioni redox bilanciate sia in forma molecolare sia in forma ionica; Comprendere che le reazioni redox spontanee possono generare un flusso di elettroni; Collegare la posizione di una specie chimica nella tabella dei potenziali standard alla sua capacità riducente; Stabilire confronti fra le celle galvaniche e le celle elettrolitiche; Comprendere l’importanza delle reazioni redox nella produzione di energia elettrica.

Unità didattica di Esercitazioni su problemi con calcoli numerici (10 ore)

Verranno illustrati e risolti in classe problemi chimici che implicano calcoli numerici: bilanciamento di reazioni e problemi stechiometrici, preparazione di soluzioni, calcoli di pH, problemi di solubilità. Tali esercitazioni hanno lo scopo di consolidare le conoscenze acquisite nelle altre unità didattiche e di rendere lo studente in grado di utilizzarle in contesti applicativi pratici.

Unità didattica di laboratorio (20 ore)

Allo studente verranno fornite in aula spiegazioni su come sia utile impostare un esperimento in laboratorio per mettere in luce particolari proprietà di una sostanza o di un campione di interesse. In seguito verranno svolte esercitazioni pratiche in laboratorio con duplice obiettivo: Far acquisire allo studente dimestichezza con la strumentazione e con le norme di sicurezza del laboratorio chimico; sviluppare nello studente la capacità di collegare i risultati di una esperienza empirica alle nozioni acquisite durante le lezioni teoriche frontali. Gli aspetti sui quali si focalizzerà l'attenzione saranno le proprietà acido base, le ossidoriduzioni e i problemi di solubilità.

Testi/Bibliografia

La scelta del testo sul quale preparare l’esame è libera, posto che il testo sia di livello universitario.

I testi che preferisco ad oggi sono quelli che, contrariamente all’impostazione classica, dedicano il primo capitolo alla descrizione dell’atomo. Tra di essi, ho trovato

Silvestroni P., Fondamenti di chimica, CEA

Failla S., Paolesse R. e altri, Chimica Generale e Inorganica, edi-ermes

Altri libri, comunque ottimi, sono

Burdge J. & Overby J. Chimica Generale, EDRA

Atkins P., Jones L., Laverman L. Principi di Chimica, Zanichelli

Tro, N.J. Chimica, un approccio molecolare, EdiSES

Brady, J. E. Holum, R. “Fondamenti di chimica”, Zanichelli

J. Kotz, et al, “Chimica”, EdiSES.

R. Chang, “Fondamenti di Chimica Generale”, McGraw-Hill

Silberberg M.S, Chimica, McGraw-Hill

Brown et al., Fondamenti di Chimica, EDISES.

Palmisano L. et al, Elementi di chimica, EdiSES

Bertani et al, Fondamenti di Chimica per le Tecnologie, EdiSES

Per esercizi supplementari: Bertini I et al, Stechiometria, CEA (Zanichelli)

Metodi didattici

Il corso si articola in lezioni frontali, assistite dalla proiezione di diapositive e parti di libri di testo, animazioni e filmati.

Sono inoltre previste esercitazioni in aula con la risoluzione di problemi numerici alla lavagna e dimostrazioni pratiche.

Sono infine previste attività di laboratorio, con esperienti. La frequenza delle attività in laboratorio richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova scritta ed una orale. Ciascuna prova scritta è proposta in due date molto ravvicinate, così che lo studente possa scegliere quella che più calza con i suoi impegni. Ogni nuova prova annulla tutte le precedenti. Il risultato dell’ultima prova scritta resta valido per un anno. Alla prova orale accedono solo gli studenti che abbiano ottenuto in quella scritta un voto superiore o uguale a 18/30.

L'esame di fine corso mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici:

  • Trasferire un problema chimico in una impostazione di calcolo stechiometrico. In tale impostazione si devono considerare correttamente sia i numeri che le unità di misura. La chimica descrive gli atomi e le interazioni tra di essi attraverso convenzioni, quali i tratti che indicano i legami chimici i puntini che indicano gli elettroni, i simboli di sottrazione e addizione che identificano le cariche negative e positive. Tali convenzioni sono il corrispettivo della grammatica e dell’ortografia per chi scrive. Errori su questi aspetti non possono che essere considerati con pari severità.
  • Descrivere con proprietà di linguaggio e rigore scientifico la composizione della materia e i fenomeni che portano a sue trasformazioni.

Strumenti a supporto della didattica

Materiali didattici proiettati a lezione diversi da pagine di libri di testo saranno messi a disposizione dello studente in formato elettronico su Virtuale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Laghi

Consulta il sito web di Gianfranco Picone

SDGs

Salute e benessere Istruzione di qualità La vita sulla terra

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.