15750 - FONDAMENTI DI CHIMICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha acquisito conoscenza delle proprietà degli elementi e dei principali composti chimici in base alla loro struttura elettronica e alla natura del legame chimico. In particolare lo studente è in grado di: valutare le proprietà allo stato solido e il comportamento dei materiali di interesse per l'elettronica.

Programma/Contenuti

Struttura atomica della materia .
L'atomo e i suoi costituenti: elettrone, protone, neutrone. Gli elementi: il numero atomico e il numero di massa; gli isotopi. Masse atomiche assolute e relative. La mole ed il numero di Avogadro. I composti. Formula minima, formula molecolare e formula di struttura di un composto. Nomenclatura IUPAC per i composti inorganici più comuni. Principali classi di composti inorganici.

Struttura elettronica degli atomi.
Generalità sulle onde elettromagnetiche. I fotoni. Effetto fotoelettrico. Il principio di indeterminazione e le onde di De Broglie. La meccanica ondulatoria. Numeri quantici e orbitali. L'atomo di idrogeno nella meccanica ondulatoria. La struttura degli atomi polielettronici. Lo spin dell'elettrone: il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund. Le configurazioni elettroniche degli atomi.

La classificazione periodica degli elementi.
La tavola periodica e le proprietà periodiche degli elementi.

Il legame chimico.
Parametri della struttura molecolare. Classificazione dei legami chimici. Il legame ionico e l'energia reticolare. La valenza ionica. Il legame covalente: legami semplici e multipli. Orbitali ibridi e geometria molecolare. Polarità delle molecole. La teoria degli orbitali molecolari. Il legame metallico: la teoria delle bande. I legami deboli.

Semiconduttori e isolanti

Semiconduttori intrinseci: corrente elettronica nella banda di conduzione e corrente di lacuna nella banda di valenza. Effetto della temperatura. Semiconduttori drogati: drogaggio di tipo p e drogaggio di tipo n. Semiconduttori composti.


Le reazioni chimiche .
L'equazione stechiometrica ed il suo significato quantitativo. Tipi di reazioni; le reazioni di ossidoriduzione. Il numero di ossidazione ed il suo calcolo. Bilanciamento delle reazioni di ossidoriduzione. Calcoli stechiometrici.

Gli stati di aggregazione della materia.
Lo stato gassoso: il modello del gas ideale e l'equazione di stato dei gas perfetti, miscele di gas ideali. I gas reali (cenni). Lo stato liquido: le soluzioni; modi di esprimere le concentrazioni delle soluzioni; unità fisiche ed unità chimiche. Calcoli sulle concentrazioni delle soluzioni. Lo stato solido: cristalli ionici, covalenti, molecolari e metallici.

Termochimica.
La funzione di stato entalpia. Entalpie di formazione; stati standard ed entalpie standard. Entalpie di combustione. Legge di Hess e sue applicazioni.


Cinetica chimica.
Definizione della velocità di reazione. Le equazioni cinetiche e gli ordini di reazione. Meccanismi di reazione e molecolarità dei processi elementari. Influenza della temperatura sulla velocità di reazione: l'equazione di Arrhenius. L'energia di attivazione ed il fattore sterico. La catalisi: catalizzatori e inibitori. Proprietà dei catalizzatori: attività, stabilità e selettività. Catalisi omogenea e catalisi eterogenea.

Equilibrio chimico.
L'equilibrio chimico dal punto di vista cinetico; la costante di equilibrio K. Varie espressioni di K. Equilibrio nei sistemi omogenei e nei sistemi eterogenei. Esercizi sull'equilibrio chimico : 1) determinazione della composizione molare all'equilibrio nota la costante di equilibrio; 2) calcolo della costante di equilibrio dalla composizione molare del sistema all'equilibrio. Spostamento dell'equilibrio in base al principio dell'equilibrio mobile di Les Chatelier. Equilibri in soluzione acquosa. Autoprotolisi dell'acqua. Soluzioni acide, basiche e neutre: il concetto di pH. Gli acidi e le basi. La forza degli acidi e delle basi. 

Testi/Bibliografia

1. R. A. Michelin, A. Munari “Fondamenti di Chimica per le Tecnologie” VI ed. CEDAM (PD) (2012).

2. R. A. Michelin, M. Mozzon, A. Munari “Test ed esercizi di Chimica” VI ed. CEDAM (PD) (2012).

3. W. Brown, T. Poon "Introduzione alla Chimica Organica" III ed. EDISES (Na) (2008)

Metodi didattici

Il corso prevede una parte di teoria ed una parte di esercitazioni; in queste ultime gli studenti verranno guidati nella risoluzione di esercizi riguardanti ad esempio i calcoli stechiometrici, il bilanciamento di reazioni redox e l'equilibrio chimico.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede una prova scritta. La prova prevede una parte costituita da quiz di teoria a risposta multipla (in numero pari a 28) ed esercizi (in genere 4) su argomenti svolti nelle esercitazioni in aula. 

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore e lavagna.
Il materiale didattico è anche disponibile http://campus.cib.unibo.it [http://campus.cib.unibo.it/]

.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nadia Lotti