00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce i concetti di base della chimica generale e delle proprietà chimiche degli elementi e dei composti, necessarie allo studio dei materiali e dei processi geologici. Lo studente è in grado di: - usare la nomenclatura IUPAC, le unità SI, le espressioni di concentrazione; - descrivere la struttura atomica degli elementi e classificare i composti in base alle diverse tipologie di legame chimico; - effettuare calcoli stechiometrici utilizzando i concetti di mole, di concentrazione, di pH, di solubilità; - applicare i principi generali che regolano l'equilibrio delle reazioni chimiche a sistemi omogenei ed eterogenei, e descrivere le caratteristiche dei differenti stati della materia; - utilizzare la tavola periodica per individuare le caratteristiche e le proprietà dei principali elementi e dei loro composti inorganici.

Contenuti

Introduzione allo studio della Chimica. Proprietà della materia. Proprietà chimiche e proprietà fisiche. Grandezze chimiche e fisiche fondamentali. Stati di aggregazione. Sostanze pure e miscele. Fasi.

Gli atomi e la teoria atomica. Leggi fondamentali delle combinazioni chimiche. Particelle subatomiche. Isotopi. Abbondanza isotopica. Massa atomica relativa. Costante di Avogadro. Concetto di mole.

Struttura atomica. Dualismo onda-particella; numeri quantici e loro significato, livelli e sottolivelli atomici, regola di Hund e principio di Pauli, configurazioni elettroniche.

Composti chimici e proprietà periodiche. La Tavola Periodica. Dimensioni di atomi e ioni, energia di ionizzazione, affinità elettronica. Composti chimici. Composizione percentuale e formula minima.

Nomenclatura. Numero di ossidazione. Regole per determinare il numero di ossidazione. Nomenclatura dei composti inorganici.

Stechiometria. Reazioni ed equazioni chimiche. Bilanciamento delle reazioni. Reazioni in soluzione. Reazioni acido-base. Reazioni di ossido-riduzione. Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione con il metodo delle semireazioni. Reazioni di combustione. Titolazioni.

Il legame chimico. Introduzione al legame. Caratteristiche delle sostanze in base al tipo di legame. Il legame ionico: energia reticolare, ciclo di Born-Haber, raggi ionici e strutture reticolari. Il legame covalente: la regola dell'ottetto e le strutture di Lewis, legami multipli, delocalizzazione degli elettroni e risonanza, cariche formali, geometria del legame, il modello VSEPR, orbitali ibridi. Elettronegativita' e legame covalente polare. Il legame metallico. Forze intermolecolari: forze di Van der Waals. Il legame a idrogeno.

I gas. Lo stato gassoso. Leggi dei gas. L'equazione di stato dei gas ideali. Miscele di gas. Gas ideali. Teoria cinetica. Gas reali. Fenomeni critici.

Termodinamica Chimica. Funzioni di stato. Energia. Calore e lavoro. Primo principio della termodinamica. Calore di reazione e variazione di entalpia. Termochimica: legge di Hess. Entalpie standard di formazione. Il concetto di entropia. Secondo principio della termodinamica. Spontaneità di un processo e variazioni di entropia. Energia libera. Variazione dell'energia libera e criteri di spontaneita'. Energia libera nelle reazioni chimiche.

Lo stato solido. Proprieta' dei solidi. Strutture cristalline. Impaccamento compatto. Solidi metallici. Solidi ionici. Solidi covalenti. Solidi molecolari. Polimorfismo. Isomorfismo. Minerali biogenici.

Cambiamenti di stato nei sistemi ad un componente. Passaggi di stato. Curve di riscaldamento e raffreddamento. Diagrammi di stato di sostanze pure: curve di equilibrio, punto triplo, punto critico.

Liquidi e soluzioni. Proprietà dei liquidi. Tipi di soluzioni. Proprietà colligative; osmosi.

Equilibrio chimico. Processo di Haber. Legge di azione di massa. Espressioni delle costanti di equilibrio. Relazione tra Kp e Kc. Quoziente di reazione. Principio di Le Chatelier. Equilibri omogenei ed eterogenei.

Equilibri acido-base. Dissociazione dell'acqua. Scala di pH. Acidi e basi: teoria di Brønsted e Lowry. Forza degli acidi e delle basi. Calcolo del pH di una soluzione acquosa di un acido o una base debole. Acidi poliprotici. Equilibri di idrolisi. Soluzioni tampone. Indicatori di pH. Titolazioni acido-base.

Equilibri di solubilità. Prodotto di solubilita'. Effetto dello ione comune sugli equilibri di solubilità.

Elettrochimica. Celle chimiche reversibili. Forza elettromotrice delle pile. Potenziali agli elettrodi. Equazione di Nerst. Scala dei potenziali standard di riduzione. Costanti di equilibrio e potenziali standard. La pila. Elettrolisi: celle elettrolitiche e leggi di Faraday, applicazioni pratiche.

Elementi di chimica inorganica. Caratteristiche degli elementi in relazione alla loro posizione nella Tavola periodica. Proprietà chimiche di alcuni elementi e composti di particolare rilevanza geologica.

Testi/Bibliografia

Gli argomenti trattati possono essere trovati in qualunque testo universitario recente di Chimica generale. Ad esempio: L. Palmisano G. Marci, A. Costantini, G. Luciani, M. Schiavello, Elementi di Chimica EdiSES, II Edizione

Viene fornito materiale didattico reperibile tramite username e password su VIRTUALE - Supporto online alla didattica - Università di Bologna.

Metodi didattici

L’insegnamento si compone di lezioni frontali, di esercitazioni numeriche e di esercitazioni pratiche in laboratorio.

Esercitazioni numeriche ed esperimenti di laboratorio sono utili per lo sviluppo di abilità applicative e pratiche che seguono le competenze teoriche acquisite durante le lezioni frontali.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa 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

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso l'esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite prova orale. Durante l'esame lo studente può consultare liberamente la Tavola Periodica. La prima domanda della prova orale consiste in un esercizio di stechiometria finalizzato a verificare la conoscenza della nomenclatura dei composti inorganici e del significato della reazione chimica, requisiti indispensabili per il superamento dell'esame. Le successive domande sono indirizzate a verificare il raggiungimento da parte dello studente delle conoscenze di base della chimica generale e delle proprietà chimiche degli elementi e dei composti.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna luminosa, PC, videoproiettore, presentazioni in PowerPoint, attrezzature didattiche di laboratorio.

Le diapositive utilizzate a lezione saranno disponibili in rete in formato PDF. Nello stesso archivio saranno disponibili testi di esercizi e quesiti sugli argomenti trattati a lezione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisa Boanini

Consulta il sito web di Adriana Bigi