00088 - CHIMICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell’insegnamento lo studente conosce la struttura della materia e i principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione ed è in grado di comprendere le proprietà strutturali e funzionali di molecole coinvolte nei cicli degli elementi nella biosfera agro-ambientale

Contenuti

Il corso è diviso in 2 moduli tenuti dal Prof. Enrico Rampazzo:

Chimica - modulo di 6 crediti (60 ore),
Fondamenti di chimica organica
(Modulo 2) - modulo di 2 crediti (20 ore),

Il programma del corso segue un percorso logico. Parte dalla descrizione degli atomi e della struttura atomica, per poi affrontare le proprietà di sistemi caratterizzati da un livello di complessità crescente: molecole, sostanze, sistemi omogenei ed eterogenei.

Introduzione alla Chimica: l’importanza della chimica come scienza di base. Risoluzione dei problemi e miglioramento della qualità della vita. L’importanza all’interno del corso di laurea.

Classificazione chimica della materia: sostanze e miscele - elementi e composti - sistemi omogenei ed eterogenei. Atomi, simboli atomici e formule, numero atomico e di massa, isotopi, ioni. Considerazioni sulle limitazioni delle misure sperimentali.

L'atomo: Teoria atomica - Composizione degli atomi, numero atomico e di massa – Isotopi e peso atomico - Struttura dell'atomo: modello di Bohr – La natura ondulatoria della materia: dualismo onda-particella. La struttura atomica e cenni delle teorie quantistiche - Orbitali atomici, numeri quantici, spin. - Orbitali negli atomi polielettronici e ordine di riempimento - Configurazioni elettroniche degli elementi. - Tavola Periodica: relazione con le configurazioni elettroniche- Energie di ionizzazione; affinità elettroniche; Dimensioni atomiche e loro andamenti periodici.

I composti: Formule minime e molecolari – Valenza; grado di ossidazione e sua determinazione. Nomenclatura. Strutture di Lewis di molecole e ioni poliatomici (cariche formali, espansione dell'ottetto). - Geometria molecolare in relazione con le formule di struttura (metodo VSEPR) – previsioni sulla polarità delle molecole in funzione di geometria ed elettronegatività - Risonanza - Isomerie - peso molecolare e peso formula - Mole, numero di Avogadro e numero di moli.

Il legame chimico: Concetti generali, la condivisione delle coppie elettroniche. Numero di legami, molecole e strutture infinite. Legame ionico: energia reticolare e reticolo cristallino; stechiometria dei composti ionici. Legami covalenti: teoria del Legame di Valenza e configurazione elettronica. Promozione elettronica. Cenni sulla teoria degli orbitali molecolari. Legame dativo: accettori e donatori. Geometrie molecolari e strutture di Lewis, ibridizzazione. Tipo di legame e posizione all’interno della tavola periodica. Interazioni molecolari non covalenti: di Van der Waals, di London, legami a idrogeno. Metalli e non-metalli, cenni sul legame metallico. Valenza, grado di ossidazione, numero di coordinazione. Composti binari con O (ossidi) e loro nomenclatura. Classificazione dei loro prodotti di idrolisi. Composti binari con H.

Stati di aggregazione: Stati di aggregazione della materia: proprietà generali di solidi, liquidi e gas. Allotropia. Relazione tra P, T e V nei gas; modello teorico dei gas; equazione di stato. Deviazioni dalla legge dei gas ideali - Miscele di gas ideali; pressioni parziali - Cambiamenti di stato- Diagrammi di stato.

Soluzioni: Generalità - Metodi per indicare la concentrazione di una specie: percento in peso e volume, frazione molare, molalità, molarità, normalità. Conversioni tra di esse - Solubilità e soluzioni sature - Soluzioni elettrolitiche: elettroliti forti e deboli; grado di dissociazione; coeff. di van’t Hoff - Caratteristiche di soluzioni ideali, diluite e concentrate. - Cambiamenti di stato delle soluzioni liquide: leggi di Raoult e di Henry - Osmosi e pressione osmotica. - Proprietà colligative e determinazione del PM di soluti; calcoli stechiometrici.

Reazioni chimiche: Reazioni ed equazioni chimiche; legge di conservazione di massa e bilanciamento - Reazioni di ossidoriduzione e loro bilanciamento. - Reazioni in soluzione: forma ionica delle loro equazioni- Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche - cenni sul peso equivalente -Calcoli stechiometrici.

Termodinamica: Introduzione alla Termochimica: le reazioni ed il calore (energia interna, entalpia), entropia e suo significato, le reazioni spontanee (entropia, energia libera), calcolo delle grandezze termodinamiche, variazione dell'energia libera durante il decorso di una reazione.

Introduzione alla Cinetica Chimica: velocità di reazione; equazioni cinetiche; ordine di reazione; costanti cinetiche e fattori che le influenzano.- Meccanismi di reazione e stadi elementari. Complesso attivato, energia di attivazione - Catalisi omogenea ed eterogenea.

Equilibri chimici: Reazioni complete ed incomplete; equilibri chimici - Quoziente di reazione; legge di azione di massa; costante di equilibrio - Equilibri omogenei ed eterogenei. Solubilità e prodotto di solubilità. - Effetto di pressione, volume, quantità di reagenti e prodotti sugli equilibri - Effetto del calore e della temperatura sugli equilibri - Principio di Le Chatelier. - Equilibri simultanei. - calcoli stechiometrici.

Acidi e basi: Teoria protonica degli acidi e delle basi; acidi e basi coniugati. Reazioni di autoprotolisi; prodotto ionico dell'acqua. - Determinazione della forza di acidi e di basi: Ka e Kb e classificazione. Acidi e basi poliprotici. - Relazione tra struttura molecolare e proprietà acido-base. Proprietà acido-base di ioni. - Acidità e basicità di soluzioni acquose: pH e pOH. - Reazioni tra acidi e basi. Acidità e basicità di soluzioni di sali. Reazioni tra acidi e sali o basi e sali. - Proprietà delle soluzioni tampone- Calcoli stechiometrici.

Elementi di chimica inorganica: Richiami delle proprietà periodiche (configurazione elettronica, principali gradi di ossidazione, elettronegatività). Proprietà acido-base e redox dei principali elementi. Introduzione ai composti di coordinazione.

Fondamenti di Chimica Organica - Chimica delle Biomolecole (MODULO 2)

Metodi per la rappresentazione delle strutture dei composti organici.

Richiami su orbitali, struttura elettronica, legame chimico, polarità ed elettronegatività. Richiami su ibridi e concetti di ibridazione per l’atomo di carbonio.

Acidi e basi secondo Lewis, nucleofili ed elettrofili.

Verranno descritti brevemente le principali classi di composti organici e i principali gruppi funzionali, con cenni alla loro nomenclatura: idrocarburi (alcani, alcheni, alchini, areni), alcoli e fenoli, ammine, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e loro derivati (esteri, ammidi, anidridi, alogenuri acilici).

Proprietà di polarità e acido-base dei principali gruppi funzionali. Relazione tra la polarità e le proprietà acido base di semplici molecole organiche.

Introduzione alle unità fondamentali, alla struttura ed alle proprietà di alcune biomolecole: amminoacidi, legame peptidico e proteine, enzimi e loro funzione. Lipidi: Grassi, oli, saponi. Fosfolipidi. Steroidi. Membrane biologiche.

Cenni alla composizione ed alla struttura del legno e degli acidi umici.

Cenni sul ciclo dei principali elementi di interesse biologico: C, N, O, S, P.

Testi/Bibliografia

E' fondamentale utilizzare il materiale didattico fornito, comprendente diapositive, esempi svolti ed esercizi (https://campus.cib.unibo.it), unitamente agli appunti di lezione.

Come integrazione allo studio qualsiasi testo UNIVERSITARIO dedicato a corsi di Chimica Generale ed Inorganica di primo livello è adatto.

Alcune indicazioni tra le molte possibilità:
- R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette "CHIMICA GENERALE, Principi ed applicazioni moderne”, Ed. PICCIN. ISBN 9788829923274

- J. Burdge, J. Overby “Chimica generale” Ed. Edra

- P. Michelin Lausarot, G. A. Vaglio “Stechiometria per la chimica generale”Ed. Piccin-Nuova Libraria

- Maurizio Bruschi, “Stechiometria e laboratorio di chimica generale. Eserciziario.” Pearson. ISBN: 889190256X

- A. Peloso, F. Demartin, "Fondamenti ed esercizi di Chimica Generale ed Inorganica", Ed. Progetto Padova. ISBN 9788887331400

Gli studenti già in possesso di altri testi di studio sono invitati a confrontarsi con il docente per verificarne i contenuti.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula: presentazioni power point per l'illustrazione degli aspetti teorici del corso.

Esercitazioni: svolgimento di esercizi alla lavagna, riguardanti i principali argomenti trattati, con particolare riferimento ad esempi utili per affrontare la prova d’esame.

Compatibilmente con lo svolgimento del programma verrà valutata la possibilità di utilizzo di filmati e/o di semplici dimostrazioni sperimentali in aula.

La frequentazione delle lezioni e la consultazione del materiale didattico è fondamentale al superamento della prova finale.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Gli studenti dovranno sostenere una prova scritta della durata di 2 ore.

La prova d'esame sarà costituita dall'insieme di:
- tre esercizi numerici: ad ogni esercizio corrisponderà un massimo di 6 punti.

Esempi di argomenti: bilanciamento di una reazione di ossido-riduzione e calcoli stechiometrici - reagente limitante, equilibri acido-base, proprietà colligative, solubilità, calcoli legati alla concentrazione ed alla preparazione di soluzioni.

- quattro esercizi riguardanti tutto il programma, due delle quali riferite al Modulo 2 (Fondamenti di Chimica Organica - Chimica delle Biomolecole): ad ogni esercizio corrisponderà un massimo di 3 punti.

Esempi di argomenti: ottenimento della geometria molecolare di semplici molecole o ioni tramite il metodo VSEPR; elettroliti e proprietà colligative; definizioni e brevi descrizioni di argomenti teorici; descrizione delle proprietà di polarità ed acidità di semplici molecole organiche; esercizio di nomenclatura su un composto organico; individuazione dei principali gruppi funzionali all’interno di una molecola organica

Il superamento della prova scritta avviene con voto superiore o uguale a 18/30.

Ai singoli esercizi verranno assegnati punteggi parziali nel caso di errori o svolgimenti incompleti. La lode viene assegnata in funzione della qualità dello svolgimento: completezza, chiarezza e argomentazione delle risposte.

Gli studenti che desiderassero migliorare il risultato della prova scritta, possono - l'orale non è obbligatorio - sostenere una prova orale che riguarderà gli argomenti presentati durante il corso.

NB: alla prova scritta gli studenti si dovranno presentare muniti di un documento di identità con foto.

Durante la prova scritta è consentito l'uso:

- di una tavola periodica degli elementi che NON riporti indicazioni sulla nomenclatura di ioni e ossiacidi

- di una calcolatrice scientifica.

NON è consentito l'uso di libri di testo, appunti, dispense.

Durante l’esame NON è consentito l’utilizzo di QUALUNQUE dispositivo elettronico diverso dalla calcolatrice.

Students who wish to make the exam in English are allowed: please contact the teacher by email no later than one week before the examination.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettori, lavagne interattive e lavagne in aula.

Possibilità di scaricare (https://campus.cib.unibo.it/) il materiale didattico di lezionedistribuito dal docente.

Nel materiale didattico reso disponibile on-line dal docente sono disponibili le informazioni dettagliate riguardanti la partecipazione e lo svolgimento della prova di esame e l'accettazione del voto.

Gli studenti in possesso di una certificazione di disabilità e con DSA sono invitati - se lo ritengono opportuno - a contattare il docente per:

- integrare gli strumenti a supporto della didattica

- accordare per tempo misure compensative e dispensative da attuarsi durante le prove d’esame.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Rampazzo