29225 - FONDAMENTI DI CHIMICA T

Anno Accademico 2018/2019

  • Docente: Maurizio Fiorini
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: CHIM/07
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea in Ingegneria chimica e biochimica (cod. 8887)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce i principi di base della Chimica, e più specificamente: comprende il linguaggio degli argomenti chimici; comprende il significato delle reazioni chimiche ed effettuare calcoli stechiometrici; descrive le caratteristiche chimico-strutturali della materia nei diversi stati di aggregazione; è in grado di correlare la struttura chimica dei materiali alle loro proprietà; comprendere gli aspetti energetici e cinetici delle trasformazioni chimiche.

Contenuti

La struttura atomica della materia, atomi e molecole; pesi atomici e pesi molecolari; la mole ed il numero di Avogadro. Il modello nucleare dell'atomo; gli isotopi. Nuclidi stabili e radionuclidi. L'origine della radioattività.

La struttura elettronica degli atomi.  Cenno al modello di Bohr-Sommerfeld. Principio di indeterminazione. Le onde di De Broglie e l'impostazione della meccanica ondulatoria. La funzione d'onda e il suo significato. I numeri quantici e loro significato. Orbitali atomici. Principio di esclusione di Pauli e regola di Hund. Configurazioni degli atomi degli elementi nel loro stato fondamentale. Il sistema periodico e le proprietà periodiche degli elementi.

Il legame chimico, il legame ionico e l'energia reticolare. Il ciclo di Born-Haber. Proprietà dei solidi ionici. Il legame covalente, legami di tipo sigma e di tipo pi-greco. Legami covalenti polari. La geometria molecolare. Molecole polari ed apolari.  Cenni alla Teoria del Legame di Valenza e la teoria degli Orbitali Molecolari (LCAO-OM). Ibridazione. Molecole con elettroni delocalizzati: risonanza e energia di risonanza, il benzene. Il legame metallico: proprietà principali dei solidi metallici; il modello a bande nei solidi. I legami deboli: il legame a idrogeno; interazioni di Van der Waals.

Le reazioni chimiche, equazioni stechiometriche e il loro significato. Bilanciamento delle reazioni (senza e con trasferimento di elettroni). Reazioni con reagente limitante. Calcoli stechiometrici e rendimento di una reazione. Nomenclatura e classi più importanti di composti inorganici.

Le soluzioni: le diverse unità per esprimere la composizione.

Lo stato gassoso. Gas ideale. Equazione generale dei gas perfetti. Gas rale. Equazione di Van der Waals. Coefficiente di comprimibilità.  Lo stato liquido e le soluzioni. Proprietà fisiche dei liquidi. Tensione di vapore.  Effetto del soluto sulla tensione i vapore. Lo stato solido. Solidi amorfi e solidi cristallini. Reticoli di Bravais. Solii ionici, covalenti e molecolari.

Termochimica e termodinamica: lavoro, calore, il primo principio, l'energia interna e l'entalpia. Calore specifico e calore molare. Le equazioni termochimiche; entalpie standard di reazione, di formazione e di combustione. La legge di Hess e sue applicazioni. Il secondo principio e l'entropia. Energia di Gibbs e condizioni di spontaneità per una reazione chimica.

L'equilibrio chimico: la costante di equilibrio K.  Posizione dell'equilibrio. Il principio di Le Chatelier: effetto di P e T sulla K.

Equilibri ionici in soluzione acquosa, autoprotolisi dell'acqua e la scala del pH. Acidi e basi secondo Arrhenius e Brönsted-Lowry. Le reazioni acido-base. Comportamento anfotero. Reazioni di neutralizzazione, analisi volumetrica. Indicatori di pH. Soluzioni tampone. Il prodotto di solubilità e l'effetto dello ione comune.

Cinetica chimica: velocità di reazione. Fattori che influenzano la velocità di reazione. Costante cinetica  ed equazioni cinetiche del primo e del secondo ordine. Molecolarità ed ordine di reazione. Complesso attivato e meccanismo di reazione. Equazione di Arrhenius; energia di attivazione; coordinata di reazione. Effetto della temperatura sulla costante cinetica. Catalisi omogenea ed eterogenea.

Testi/Bibliografia

Per la parte teorica è consigliato uno dei testi seguenti:

T. L. BROWN, H. E. LEMAY, B. E. BURSTEN, C. J. MURPHY, P. M. WOODWARD,  FONDAMENTI DI CHIMICA III ed (o successiva) Edises, Napoli

P.W. ATKINS, L. JONES, PRINCIPI DI CHIMICA, 2a ed., Zanichelli, BOLOGNA,

M. SILBERBERG, CHIMICA, LA NATURA MOLECOLARE DELLA MATERIA E DELLE SUE TRASFORMAZIONI  3a ed. McGraw Hill.

A. MICHELIN, A. MUNARI, FONDAMENTI DI CHIMICA PER LE TECNOLOGIE, CEDAM, PADOVA,


Per la parte di esercitazioni:
  • si possono risolvere i problemi in fondo ai capitoli nei testi sopra indicati (ove presenti)
  • nel sito del corso sono a disposizione degli studenti esercizi preparari sulla traccia di quelli svolti nelle esercitazioni in aula;

si possono infine consultare i testi:


[Si tratta di testi di riferimento consigliati, utili per approfondimenti di varie parti del programma; non sono adottati ufficialmente]. Maggiori chiarimenti saranno forniti nel corso della prima lezione.

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni in aula accompagnate da esercitazioni sull'applicazione dei concetti spiegati nelle lezioni

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La valutazione sarà effettuata sulla base di una prova scritta intermedia (parziale), di una seconda prova scritta alla fine del corso e di un esame orale su tutti gli argomenti del programma.

Strumenti a supporto della didattica

Utilizzo di videoproiettore e pc portatile per la proiezione dei lucidi delle lezioni che saranno messi a disposizione in anticipo sul sito del materiale didattico del corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Maurizio Fiorini