00130 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: - possiede le conoscenze di base della struttura atomica, del legame chimico, delle proprietà delle soluzione, delle principali reazioni chimiche e degli elementi termodinamici e cinetici che le caratterizzano; - è in grado di risalire alla struttura geometrica ed alla nomenclatura dei composti inorganici; - sa bilanciare le reazioni chimiche a partire dai reagenti, prevedendone la spontaneità; - è in grado di applicare le conoscenze acquisite per la soluzione dei problemi propri della professione.

Programma/Contenuti

Premessa

Caratteristiche e limitazioni delle misure sperimentali. - Sistemi fisicamente eterogenei ed omogenei. Specie chimiche: specie elementari e composti

L'atomo

Teoria atomica - Composizione degli atomi: neutroni, protoni, elettroni; numero atomico, numero di massa e loro determinazione - Isotopi: peso atomico e sua determinazione. - Struttura dell'atomo: modello di Bohr; quantizzazione dei livelli energetici e numero quantico - Superamento della teoria di Bohr: principio di indeterminazione; onde e particelle. - Modello quanto-meccanico dell'atomo di idrogeno; orbitali, numeri quantici n, l e m; rappresentazione dei vari tipi di orbitali - Lo spin. - Orbitali negli atomi polielettronici; ordine di riempimento; Principio di Esclusione e regola di Hund - Configurazioni elettroniche fondamentali degli elementi. - Tavola Periodica: gruppi, periodi e blocchi; relazione tra posizione nella tavola periodica e configurazione elettronica - Energie di ionizzazione; affinità elettroniche; raggi degli atomi e degli ioni.

Il legame chimico – legame covalente, ionico, metallico, intermolecolare

Concetti generali sul legame chimico. - Legami covalenti: generalità sulle teorie Legame di Valenza - Legami come condivisione di coppie elettroniche: numero di legami; molecole e specie a struttura infinita; polarità dei legami; elettronegatività; energie di legame, distanze di legame e fattori che le determinano. Legami covalenti e configurazioni elettroniche: promozioni s® p, s® d e p® d negli elementi tipici. Costruzione di formule di struttura di molecole ed ioni poliatomici. - Legame dativo: caratteristiche di accettori e donatori. - Geometria molecolare: angoli di legame; tipi principali di geometrie e relazione con le formule di struttura. - Ibridizzazione e relazione con le repulsioni interelettroniche; vari tipi di ibridi; teoria LV con orbitali ibridi; ibridizzazione e geometria molecolare. - Risonanza come modello di delocalizzazione elettronica. La teoria dell'orbitale molecolare. Legame ionico: energia reticolare; stechiometria dei composti ionici - Legame metallico: conducibilità elettrica; semiconduttori. Forze intermolecolari: di Van der Waals, di London, legami a idrogeno – Forme intermedie e miste di legame. - Le vibrazioni degli atomi, effetto del calore sui legami - Effetto della pressione sui legami - Relazione tra tipi di legame e posizione degli atomi nella Tavola Periodica: specie elementari e composti binari. Metalli e non-metalli.

Formule chimiche – La mole

Formule minime e molecolari – Isomeria, polimorfismo ed allotropia. - Peso molecolare e peso formula. - Mole e Numero di Avogadro; massa molare - Relazione tra massa, massa molare e numero di moli. - Determinazione delle formule minime e molecolari dei composti.

Proprietà chimiche periodiche

Grado di ossidazione e sua determinazione; numero di coordinazione nelle sostanze covalenti. - Composti binari con l'ossigeno. Classificazione e nomenclatura degli ossidi e dei loro prodotti di idrolisi. Composti binari con l'idrogeno: proprietà e nomenclatura - Composti binari in generale: proprietà e nomenclatura - Sali: proprietà e nomenclatura.

Stati di aggregazione

Stati di aggregazione della materia: proprietà generali di solidi, liquidi e gas. Relazione tra P, T e V nei gas; modello teorico dei gas; equazione di stato. Limite del modello ideale; equazioni di stato per gas reali - Miscele di gas ideali; pressioni parziali. - Cambiamenti di stato. Diagrammi di stato e loro interpretazione.

Soluzioni

Generalità sulle soluzioni - Concentrazione: percento in peso ed in volume, frazione molare, molalità, molarità, normalità; calcoli stechiometrici relativi.- Solubilità e soluzioni sature. -. Soluzioni elettrolitiche: elettroliti forti e deboli; grado di dissociazione - Caratteristiche di soluzioni ideali, diluite e concentrate. - Cambiamenti di stato delle soluzioni liquide: leggi di Raoult e di Henry. Sistemi con due componenti volatili. Sistemi con soluto non volatile. - Osmosi e pressione osmotica. - Proprietà colligative e determinazione del peso molecorare di soluti; proprietà colligative di soluzioni di elettroliti; calcoli stechiometrici relativi.

Reazioni chimiche

Reazioni ed equazioni chimiche; legge della conservazione della massa e suoi limiti - Bilanciamento delle equazioni chimiche. - Reazioni di ossidoriduzione: bilanciamento delle ossidoriduzioni. - Reazioni in soluzione: forma ionica e non delle loro equazioni. - Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche; reagenti in difetto ed in eccesso - Pesi equivalenti di ossidanti, riducenti, acidi e basi. -.Calcoli stechiometrici relativi alle reazioni chimiche.

Termochimica

Termochimica: energia interna ed entalpia di reazione. Legge di Hess. Le reazioni spontanee (entropia, energia libera), calcolo delle variazioni delle grandezze termodinamiche durante il procedere della reazione. Reazioni complete e incomplete. Energia libera e lavoro utile; reazioni non-spontanee.

Cinetica chimica

Velocità di reazione; equazioni cinetiche; ordine di reazione; costanti cinetiche. Decadimenti di sostanze radioattive e cenni sulle applicazioni mediche - Meccanismi di reazione e stadi elementari. Complesso attivato, energia di attivazione. Fattori che influenzano le costanti cinetiche. - Catalisi omogenea ed eterogenea - Reazioni a catena.

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. - Impostazione generale dei calcoli stechiometrici sugli equilibri.

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; classificazione degli acidi e delle basi. 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: formazione del sale. Acidità e basicità di soluzioni di sali. Reazioni tra acidi e sali o basi e sali. - Calcoli stechiometrici relativi agli equilibri acido-base. Proprietà delle soluzioni tampone.

Elettrochimica

Reazioni redox ed elettricità - Le celle galvaniche - Forza elettromotrice e potenziale di riduzione; loro dipendenze da concentrazioni e pH - Uso dei potenziali - L'elettrolisi .

Composti di coordinazione.

Cenni su nomenclatura, strutture e proprietà.

Inorganica descrittiva

Elementi tipici: idrogeno; carbonio; silicio; azoto; fosforo; ossigeno; zolfo; alogeni. - Elementi di transizione: caratteristiche generali. Per questi elementi si dovrà conoscere: posizione nella Tavola Periodica, configurazione elettronica esterna, proprietà delle specie elementari, principali gradi di ossidazione, proprietà dei principali composti. (schede disponibili in rete)

Testi/Bibliografia

Essendo la Chimica Generale una scienza di base, qualsiasi testo UNIVERSITRIO sulla materia va bene. Qui di seguito alcuni possibili suggerimenti:

- Fusi, et al., Chimica: principi generali con esercizi. Idelson Gnocchi editore; ISBN:9788879476539.

- James E. Brady et al. "Fondamenti di Chimica", Ed. Zanichelli.

- Kotz, et al., Chimica, EdiSES

Saranno comunque fondamentali gli appunti presi a lezione.

Le presentazioni utilizzate dal docente durante le lezioni, un file con esercizi (divisi per argomenti) con risultato numerico ed un file con alcuni testi di compiti dati in appelli precedenti sono reperibili su questo link (accedendo poi con le credenziali studente di Ateneo, per i soli studenti che hanno questo corso nel piano di studi):

 https://iol.unibo.it/

Altrettanto utili per lo studio dei singoli elementi saranno le schede che potrete trovare (si aprono cliccando su di ogni elemento) a questo link:

http://www.chimica.unibo.it/it/conoscere-la-chimica/la-tavola-periodica-degli-elementi

Metodi didattici

Il corso prevede solo lezioni frontali in aula (nessun laboratorio) tenute dal docente con l'ausilio di proiezioni di file di presentazione da PC.

Durante le lezioni il docente svolgerà anche esercizi numerici alla lavagna, alla fine di ogni nuovo argomento, per permettere agli studenti un'autovalutazione del loro grado di comprensione di quella parte. Per questo la frequenza alle lezioni (che peraltro è obbligatoria per tutti gli insegnamenti del corso di Laurea) risulta parte fondamentale della preparazione. Durante lo svolgimento degli esercizi sollecito fortemente la partecipazione degli studenti con domande e richieste di approfondimento.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova scritta e orale finale.

Il voto finale sarà determinato dal risultato di entrambe le prove. Il voto finale sarà attribuito partendo dal voto della prova scritta ed aggiungendo o sottraendo da 0 ad un massimo di 6 punti, dipendentemente dal rendimento dello studente alla prova orale.

 Ad entrambe le prove si potrà accedere previa iscrizione all'appello scelto sul sito preposto di Ateneo (Almaesami) seguendo le scadenze di chiusura liste chiaramente indicate nel sito stesso. Nel caso di eccesso di iscritti rispetto alla disponibilità di aule, verranno fatti due o più turni consecutivi della prova, seguendo l'ordine di iscrizione; tale eventualità sarà indicata nell'elenco di iscrizione all'appello su Almaesami.

A liste chiuse non sarà più possibile cancellarsi dunque l'impossibilità a presentarsi alla prova (scritta o orale che sia) dovrà essere notificata al docente entro il giorno della prova stessa via mail, spiegando le cause dell'assenza.

NB. si pregano gli studenti con disabilità certificate di contattare il docente con largo anticipo rispetto alle date di esame per concordare, insieme agli uffici preposti di Ateneo, gli strumenti più opportuni per mettere lo studente nelle condizioni di potere partecipare alle prove avendo tutti i mezzi per superare l'esame.

Prova scritta finale.

Gli studenti dovranno sostenere una prova scritta: avranno a disposizione 2 ore di tempo per svolgere 5 esercizi numerici. Ad ogni esercizio viene attribuito un punteggio da 0 a 6 dipendentemente dallo svolgimento. Gli argomenti su cui verteranno gli esercizi sono quelli del programma ad esclusione di termodinamica e cinetica (che saranno invece tra gli argomenti dell'orale). Non è permesso uscire dall'aula, nemmeno temporaneamente, prima della consegna definitiva del compito. 

Il superamento della prova scritta (voto superiore o uguale a 18/30) è vincolante per l'accesso all'esame orale (obbligatorio). Il risultato della prova scritta sarà inserito dal docente sulla pagina relativa all'appello sul sito di Ateneo Almaesami ed ogni studente lo potrà vedere accedendo con le proprie credenziali istituzionali.

Indipendentemente dalla valutazione, la prova scritta può essere ripetuta in qualsiasi appello successivo. La ripetizione della prova annulla però automaticamente la prova precedente.

NB: alla prova scritta gli studenti si dovranno presentare muniti di documento di identità con foto, tavola periodica degli elementi e calcolatrice scientifica. Severamente proibito è l'utilizzo di telefoni cellulari in aula (anche solo in modalità calcolatrice), anche la loro semplice accensione comporta l'immediato annullamento del compito. Sarà invece possibile portare e consultare il testo di chimica e gli appunti durante lo svolgimento degli esercizi numerici.

Prova orale finale.

Gli studenti che avranno superato la prova scritta potranno iscriversi (l'iscrizione è obbligatoria) alla prova orale dello stesso appello o di qualsiasi altro appello all'interno dello stesso anno accademico. Gli studenti verranno interrogati in ordine di iscrizione e, dipendentemente dalla numerosità degli iscritti, gli appelli orali potranno durare diversi giorni dunque lo studente deve prevedere questa eventualità nella organizzazione degli spostamenti o di altre prove di esame.

Nel caso uno studente abbia vincoli lavorativi o di salute, previa richiesta al docente e presentazione della documentazione relativa prima della data dell'appello orale, verrà interrogato per primo o tra i primi del primo giorno.

La prova orale consisterà in una interrogazione che potrà spaziare su tutti gli argomenti del programma e che potrà anche richiedere qualche applicazione numerica con calcoli semplici (l'uso della calcolatrice non è ammesso né necessario alla prova orale).

Il rifiuto del voto od il mancato superamento della prova orale NON avranno ripercussioni sul risultato dello scritto che rimarrà valido (all'interno dello stesso anno accademico).

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore e microfono in aula. Lavagne proiettabili in aula per fare gli esercizi.

Tutto il materiale proiettato durante le lezioni potrà essere scaricato, dai soli studenti che hanno questo corso nel piano di studio, dai siti dedicati di Ateneo accedendo con le credenziali studente:

 https://iol.unibo.it/

Altrettanto utili per lo studio dei singoli elementi saranno le schede che potrete trovare (si aprono cliccando su di ogni elemento) a questo link:

http://www.chimica.unibo.it/it/conoscere-la-chimica/la-tavola-periodica-degli-elementi

 

NB. si pregano gli studenti con disabilità certificate di contattare il docente prima dell'inizio del corso per concordare gli strumenti più opportuni per permettere la fruizione delle lezioni o comunque la preparazione adeguata dello studente per l'esame. 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nelsi Zaccheroni