00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

A conclusione dell'insegnamento lo studente possiede le conoscenze di base della struttura della materia e dei principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione oltre ad acquisire le basi fondamentali per comprendere le relazioni tra struttura, proprietà e reattività delle molecole organiche con particolare riferimento anche alle loro proprietà acido-base. È in grado di comprendere ed analizzare criticamente, dal punto di vista molecolare, le reazioni chimiche che avvengono nella ecosfera agro-ambientale

Contenuti

UNITÀ DIDATTICA 1: LA STRUTTURA (20 ore)

1.1 Classificazione chimica della materia
Sistemi omogenei ed eterogenei, sostanze e miscele, elementi e composti. Composizione dell’atomo, simboli atomici, numero atomico e di massa, isotopi, ioni.

1.2 Peso atomico, formule chimiche, mole
Massa atomica e peso atomico, formula minima e formula molecolare, peso formula e peso molecolare, mole.

1.3 La struttura dell’atomo
Dualismo onda-particella e modello quantomeccanico dell’atomo di idrogeno. Gusci e sottogusci di orbitali, numeri quantici e loro significato, regola di Hund e principio di Pauli, configurazioni elettroniche. Atomi polielettronici; carica nucleare effettiva. Proprietà periodiche: dimensioni degli atomi e dei loro ioni, energia di ionizzazione, affinità elettronica e interpretazione del loro andamento periodico.

1.4 Il legame chimico
Il legame covalente; formule di Lewis, lunghezza ed energia di legame; elettronegatività, carica parziale e formale; forma degli orbitali, geometria delle molecole, polarità. Teoria del legame di valenza, orbitali atomici ibridi, legame doppio e triplo. Teoria degli orbitali molecolari. Legame ionico, reticoli ionici. Legame metallico (cenni). Forze intermolecolari: forze di London, forze dipolo-dipolo, legami a idrogeno.

1.5 Gas, liquidi, solidi
Gli stati di aggregazione della materia. Proprietà dei gas, leggi dei gas ideali, pressioni parziali; teoria cinetica molecolare; deviazioni dal comportamento ideale. I liquidi: tensione di vapore, punto di fusione e di ebollizione. Cenni allo stato solido e alle proprietà fisiche dei solidi. Allotropia e polimorfismo. Forme allotropiche di ossigeno, carbonio, zolfo e fosforo. Diagrammi di stato, transizioni di fase.

UNITÀ DIDATTICA 2: LE TRASFORMAZIONI (30 ore)

2.1 Equazioni chimiche, nomenclatura e principali categorie di composti
Equazioni chimiche e loro bilanciamento; calcoli ponderali, reagente limitante. Numero di ossidazione; reazioni di ossidoriduzione e loro bilanciamento; ossidanti e riducenti. Nomenclatura dei principali composti inorganici. Ossidi, idruri, acidi, basi, sali. Implicazioni ponderali delle formule chimiche.

2.2 Termodinamica chimica
Calore ed energia; primo principio della termodinamica, funzioni di stato, entalpia di reazione, stati standard, legge di Hess, entalpia di formazione. Processi spontanei. Entropia e suo significato. Secondo e terzo principio della termodinamica. Energia libera di Gibbs.

2.3 Soluzioni
Concentrazione. Molarità e altri modi di esprimere la concentrazione. Diluizione di una soluzione. Comportamento di soluzioni ideali. Proprietà colligative, pressione osmotica. Solubilità.

2.4 L’equilibrio chimico
Equilibri in fase gassosa. Reazioni complete e incomplete; espressione della costante di equilibrio, quoziente di reazione, effetto della temperatura, principio di Le Châtelier; calcolo della costante di equilibrio. Relazione tra energia libera e costante di equilibrio, dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura. Effetti delle variabili di stato sull’equilibrio.

2.5 Equilibri in soluzione acquosa. Acidi e basi
Proprietà di acidi e basi, definizione secondo Brønsted-Lowry, coppie acido-base coniugate, composti anfoteri. Autodissociazione dell’acqua, pH, forza di acidi e basi. Calcolo del pH per acidi e basi forti e deboli, grado di dissociazione, acidi poliprotici. Idrolisi di sali e pH delle loro soluzioni. Soluzioni tampone e capacità tamponante. Titolazioni acido-base, indicatori.

2.6 Equilibri di solubilità
Comportamento di sali poco solubili. Solubilità e prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune.

2.7 Elettrochimica
Celle galvaniche, elettrodi, potenziali standard; celle elettrochimiche in condizioni non standard, equazione di Nernst. Elettrodo a vetro. Elettrolisi. Celle a combustibile.

2.8 Cinetica chimica
Velocità di reazione, velocità istantanea, legge cinetica e costante di velocità. Reazioni di ordine zero, di primo e secondo ordine; forma integrata delle leggi cinetiche del primo e secondo ordine. Meccanismo di reazione, relazione fra legge cinetica e stechiometria di una reazione, ordine e molecolarità. Energia di attivazione, equazione di Arrhenius, cenni alla teoria degli urti. Catalisi omogenea ed eterogenea.

 

UNITÀ DIDATTICA 3: LE PROPRIETÀ (20 ore)

3.1 Panoramica sulle proprietà chimiche degli elementi principali
La tavola periodica e le caratteristiche chimiche periodiche; cenni sulle proprietà dei principali elementi appartenenti ai blocchi s e p(gruppi da 1 a 3 e da 14 a 18). Il ciclo del carbonio, dell’ossigeno, dell’azoto, dello zolfo e del fosforo.

3.2 Elementi di chimica organica
Idrocarburi alifatici: alcani, cicloalcani, alcheni, alchini; struttura, nomenclatura, conformazioni, isomeria geometrica. Chiralità. Idrocarburi aromatici: benzene e derivati; composti eterociclici. Alogenuri alifatici e aromatici, alcoli, eteri, ammine. Derivati carbonilici: aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, alogenuri acilici, esteri, ammidi. Macromolecole e polimeri. Acidi grassi, tensioattivi.

3.3 Classi di molecole di importanza biologica
Carboidrati, lipidi, amminoacidi e proteine, acidi nucleici.

 

UNITÀ DIDATTICA 4: ATTIVITÀ DI SUPPORTO (10 ore)

4.1 Esercitazioni su problemi con calcoli numerici
Verranno illustrati e risolti in classe, mediante l’uso della lavagna, 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 nella altre unità didattiche e di rendere lo studente in grado di utilizzarle in contesti applicativi pratici.

4.2 Dimostrazioni ed esperimenti in aula
Verranno mostrati agli studenti simulazioni, animazioni o filmati riguardanti gli argomenti affrontati nelle altre unità didattiche. Saranno inoltre eseguiti dal docente alcuni semplici esperimenti pratici compatibili con la realizzazione nell’aula; le operazioni e i risultati verranno mostrati agli studenti utilizzando opportuni sistemi di proiezione. L’obiettivo di tali attività, oltre al consolidamento delle conoscenze acquisite nelle altre unità didattiche, è quello di stimolare la curiosità dello studente e di aumentare l’interesse per l’insegnamento e la motivazione nell’apprendimento.

Testi/Bibliografia

Gli argomenti trattati, fondamentali per un corso di primo livello universitario, sono tutti reperibili su un qualsiasi testo universitario di Chimica generale. Ad esempio:

- A. M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio, Fondamenti di Chimica (2° ed.), C.E.A, Milano, 2006
- I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, Chimica, C.E.A., Milano, 2004
- L. Moggi, M. Venturi, Chimica Generale ed Inorganica (2° ed.), Corso Ed., Ferrara, 2002

Per la parte di Chimica organica si segnala:

- T. W. Graham Solomons, Fondamenti di chimica organica, Zanichelli, Bologna, 1997
o altro testo universitario di Chimica organica.

Per la consultazione e l’approfondimento si segnalano i seguenti testi:

- M. Munowitz, Chimica, Zanichelli, Bologna, 2003
- J.C. Kotz, P.M. Treichel, J.R. Townsend, Chimica-IV Ed., Edises, Napoli, 2010
- P. Atkins, L. Jones, Chimica Generale, Zanichelli, Bologna, 1998
- J. McMurry, Chimica organica: un approccio biologico, Zanichelli, Bologna, 2008

Metodi didattici

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

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

Compatibilmente con il tempo a disposizione, verranno approfonditi temi di attualità o di particolare interesse (ad esempio tecnologico) connessi agli argomenti trattati nel corso.

Per trarre il massimo profitto dal corso e per facilitare la preparazione all'esame, si sottolinea l'importanza di frequentare le lezioni con regolarità.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

EMERGENZA SANITARIA COVID-19 - Aggiornamento

La verifica dell’apprendimento avviene con l’esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta. Lo studente ha a disposizione un tempo di un'ora e non può avvalersi dell’aiuto di appunti, dispense o libri (eccetto tavola periodica e costanti fondamentali), e di nessun tipo di dispositivo elettronico esclusa la calcolatrice. A causa dell’emergenza COVID-19 gli esami si terranno in modalità remota fino a nuovo ordine. Il test verrà somministrato attraverso la piattaforma EOL (EsamiOnLine). L’applicazione Microsoft Teams sarà impiegata per la gestione e la sorveglianza durante l’esame; si consiglia l’installazione della versione desktop prima dell’appello. La sessione potrà essere registrata.

Materiale occorrente all’esame:

• PC collegato ad internet, con webcam e microfono
• documento di riconoscimento con fotografia (ad es. carta d'identità, badge universitario con foto)
• tavola periodica degli elementi e tabella delle costanti fondamentali (disponibile su IOL)
• calcolatrice
• carta e penna

La prova scritta comprende:

• otto quesiti teorici a risposta multipla (4 opzioni) su tutti gli argomenti trattati nelle unità didattiche;
• quattro semplici esercizi numerici a risposta aperta, ciascuno su un diverso argomento fra i seguenti trattati nel corso: peso atomico e mole, stechiometria, proprietà colligative, equilibri acido-base in soluzione, pH, idrolisi, tamponi, titolazioni acido-base, equilibri di solubilità, cinetica chimica.

Attribuzione del punteggio:

• quesiti a risposta multipla: risposta corretta, 2 punti; risposta errata, -1 punto; risposta mancante, 0 punti.
• esercizi numerici: risposta corretta, 4 punti; risposta errata o mancante, 0 punti.

Il voto finale dello scritto viene calcolato sommando i punteggi ottenuti in tutte i quesiti e gli esercizi. Il punteggio massimo ottenibile nella prova è 32, corrispondente a 30 e lode. L’esame viene superato se viene ottenuto un punteggio di almeno 18.

La valutazione della prova finale determina il voto dell’esame; non sono previste prove parziali in itinere.

Lo studente può scegliere di sostenere un colloquio orale per migliorare il voto dello scritto.

Strumenti a supporto della didattica

Le diapositive utilizzate a lezione vengono rese disponibili in rete in formato PDF prima dell’inizio delle lezioni. Per seguire al meglio le spiegazioni, gli studenti sono invitati a frequentare le lezioni disponendo di una copia stampata delle diapositive.

Nello stesso archivio si trovano:

- testi di esercizi, alcuni corredati di soluzione, per consentire un’adeguata preparazione alla prova scritta;

- i compiti d'esame, con le soluzioni e gli svolgimenti, assegnati durante un intero anno accademico;

- risposte alle domande più frequenti sul corso e sull'esame, dove lo studente può trovare tutte le informazioni pratiche necessarie per affrontare in modo consapevole il corso e la prova finale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Credi

Consulta il sito web di Massimo Baroncini