28625 - FONDAMENTI DI CHIMICA T-A (A-K)

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire le conoscenze di Chimica necessarie per interpretare le proprietà ed il comportamento dei materiali coinvolti nei principali processi di produzione e per comprendere gli effetti di questi ultimi sull’ambiente.

Contenuti

L'allievo che accede a questo insegnamento non è necessario che possieda conoscenze pregresse in chimica.

Tutte le lezioni saranno tenute in italiano. E' quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e poter utilizzare il materiale didattico fornito.

Il programma del corso prevede i seguenti argomenti:

1. L'atomo e i modelli atomici

• Composizione dell'atomo (elettroni, protoni ed neutroni): esperimenti con tubi di Crookes,esperimento di Rutherford, spettro elettromagnetico, effetto fotoelettrico, principio indeterminazione.
• Numero atomico, numero di massa, isotopi.
• Struttura dell'atomo e modelli atomici: Thompson, Rutherford, Bohr e spettri atomici, Schrodinger e l'atomo di idrogeno.
• Configurazione elettronica di atomi e ioni polielettronici: spin elettronico, principio di Pauli, regole di Hund, carica nucleare effettiva.

2. Mole, reazioni chimiche e stechiometria

• Il concetto di mole
• La mole, massa molare vs. molecolare, “peso” formula vs. “peso” molecolare, composizione percentuale dei composti, formule empiriche e molecolari.
• Equazione chimica e suo bilanciamento, stechiometria, reagente limitante e reagente in eccesso, resa di reazione.
• Esercizi di stechiometria.

3. La tavola periodica, il legame chimico e le interazioni intermolecolari

• Tavola periodica e proprietà periodiche (volume atomico, energie di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, carattere metallico).
• Legame chimico: il legame ionico e quello covalente, elettroni di valenza, formule di Lewis.
• Legame ionico: composti ionici (stechiometria e geometria), La valenza ionica.
• Legame covalente: caratteristiche, legame singolo, doppio e triplo, legame dativo, regola dell’ottetto ed eccezioni.
• Geometria molecolare secondo il modello VSEPR, teoria del legame di valenza e ibridazione, proprietà del legame chimico (ordine di legame, distanza di legame ed energia di legame).
• Legame covalente puro e polare, polarità molecolare e momento dipolare.
• Forze intermolecolari: interazioni ione-ione, ione-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, forze di London e legame ad idrogeno.

4. Valenza e numero di ossidazione, nomenclatura dei composti inorganici

• Valenza, numero d’ossidazione, carica reale vs. formale.
• Nomenclatura dei composti inorganici (tradizionale, IUPAC e secondo Stock): distinzione tra metalli e non metalli, ossidi ed anidridi, acidi, idrossidi, idruri e sali.

5. Stati di aggregazione della materia

• Lo stato gassoso: legge di Boyle, legge di Charles, ipotesi di Avogadro, legge dei gas ideali e teoria cinetica molecolare, miscele di gas, pressioni parziali, legge di Dalton gas reali ed equazione di van der Waals.
• Lo stato liquido: forze intermolecolari, tensione superficiale, capillarità, viscosità, pressione di vapore, cambiamenti di stato, curve di riscaldamento e raffreddamento di sostanze pure, stati metastabili, fluidi supercritici, diagrammi di fase.
• Lo stato solido: solidi ionici, molecolari, covalenti e metallici, solidi cristallini e amorfi, reticoli cristallini cubici, densità di un solido cristallino, strutture di alcuni solidi cristallini metallici e ionici, difetti nei cristalli, legame metallico.

6. Soluzioni e proprietà colligative

• Soluzioni: formazione di una soluzione, soluzioni acquose, solubilità ed equilibrio, effetto di temperatura e pressione sulla solubilità in soluzioni acquose.
• Unità di misura della concentrazione: molarità, frazione molare, molalità, percentuale in massa.
• Proprietà colligative delle soluzioni con soluti volatili e non: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico.
• Diagrammi di stato ad uno e due componenti.

7. Termodinamica e termochimica

• Primi accenni alla termochimica: processi esotermici ed endotermici; energia, calore e lavoro; concetto di sistema, ambiente e universo; sistema aperto, chiuso ed isolato; capacità termica specifica e calore latente nei passaggi di stato.
• Primo principio della termodinamica, energia interna, entalpia, legge di Hess ed entalpie standard di formazione e combustione.
• Calorimetria: capacità termica, calorimetri, energia e passaggi di stato.

8. Cinetica chimica

• Cinetica chimica: velocità di reazione ed equazioni cinetiche; effetto della concentrazione (cinetica di ordine 0 e di ordine 1), effetto della temperatura (teoria delle collisioni), area di contatto e catalizzatori.
• Energia di attivazione ed urti efficaci, ruolo del catalizzatore e catalisi omogenea ed eterogenea (accenni).
• Meccanismi di reazione e molecolarità.

9. Equilibrio chimico

• Costante di equilibrio: equilibri omogenei ed eterogenei, significato della costante di equilibrio, calcolo della composizione all'equilibrio, quoziente di reazione.
• Perturbazione dell'equilibrio e principio di Le Chatelier, influenza dei parametri esterni sugli stati di equilibrio (variazione delle concentrazioni, della temperatura, del volume o delle pressioni).

10. Equilibrio acido-base

• Equilibri acido-base in soluzioni acquose: definizione di acido e base secondo Arrhenius, acidi e basi forti/deboli, acidi mono e poliprotici, lo ione idronio. Definizione acido-base di Bronsted e Lowry, coppie coniugate acido-base, sostanze anfiprotiche.
• Autoprotolisi dell’acqua, Kw, pH e pOH. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti.

11. Fondamenti di chimica organica

• Nozioni di Chimica Organica.
• Combustibili fossili e biocarburanti. Combustione.Il calcolo del numero di ottani
• Gli eteroatomi e i principali gruppi funzionali

12. Materiali polimerici

• Reazioni di polimerizzazione e metodi industriali di produzione dei polimeri. Cristallinità e stereoisomerismo. Lavorazione dei materiali polimerici.
• Classi di polimeri: termoplastici, termoindurenti, tecnopolimeri, elastomeri.
• Proprietà meccaniche dei polimeri.
• Il riciclo dei materiali polimerici
• I polimeri da fonti rinnovabili

13. Materiali metallici

• Diagrammi di stato: sostanze pure e a due componenti. Regola delle fasi e regola della leva.
• Produzione di acciai e ghise.
• Diagramma di stato Ferro-Carbonio.
• Trattamenti termici degli acciai e prestazioni meccaniche.
• Leghe metalliche non ferrose.

14. I materiali compositi

• Materiali compositi a matrice polimerica
• compositi a base di fibra di carbonio, Kevlar e fira di vetro
• Metodi di preparazione e proprietà dei materiali compositi

15. Le proprietà meccaniche

• le proprietà meccaniche dei materiali plastici e degli acciai
• il diagramma sforzo deformazione
• Le prove dinamico-meccaniche e le prove a fatica
• le prove ad impatto

Testi/Bibliografia

E. Michelin A. Munari. FONDAMENTI DI CHIMICA. CEDAM.

M. S. Silberberg. CHIMICA, McGraw-Hill.

P. Atkins, L. Jones, PRINCIPI DI CHIMICA, Zanichelli.

Metodi didattici

Il corso si basa su lezioni frontali, svolte in aula supportate mediante la proiezione di presentazioni in PowerPoint.

Sui vari argomenti del programma è previsto lo svolgimento di esercizi guidati, sia durante il normale svolgimento delle lezioni, sia durante esercitazioni dedicate. Gli esercizi svolti saranno analoghi, per tipologia e difficoltà, a quelli proposti in sede di esame.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso il solo esame finale; non sono previste prove parziali. L'esame finale consiste in un'unica prova scritta della durata massima di due ore.

Durante lo svolgimento della prova è consentito unicamente l'utilizzo di cancelleria e della calcolatrice. La tavola periodica ed altro materiale eventualmente necessario sarà fornito come allegato al compito. Durante l'esame non è permesso uscire dall'aula, se non dopo aver consegnato definitivamente il proprio compito.

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite AlmaEsami, entro le scadenze indicate. È necessario presentarsi in sede d'esame muniti di un documento di identità o del badge universitario, pena l'esclusione dalla prova.

L'esame prevede un punteggio massimo di 33.00 punti. La prova è superata conseguendo un punteggio superiore o uguale a 18 punti su 33.00. Il punteggio, espresso in 33esimi, è arrotondato all'intero più vicino per ottenere il voto finale.

Qualora il punteggio conseguito fosse superiore o uguale a 30.50 punti, è assegnata la lode.

I risultati delle prove saranno pubblicati on-line su AlmaEsami. In caso di esito positivo, la verbalizzazione del risultato avverrà solo in seguito ad una email comprovante l'accettazione del voto da parte dello studente interessato, spedita mediante account istituzionale (es.: mario.rossi@studio.unibo.it).

Nel caso in cui si scegliesse di sostenere nuovamente l'esame, indipendentemente da qualunque esito, il risultato conseguito nella prova precedente decadrà automaticamente. La prova può essere ripetuta in qualsiasi appello.

La prova scritta comprenderà:

• una serie di quesiti a risposta multipla sulla parte di chimica generale (fino al punto 10 del programma) [10.00 punti];
• esercizi di nomenclatura di composti inorganici ed organici [3.00 punti];
• Configurazioni elettroniche [2.00 punti];
• formule di Lewis e geometrie molecolari VSEPR [3.00 punti];
• quesito di stechiometria [3.00 punti];
• esercizio sui diagrammi di stato [5.00 punti];
• quesito di tipo teorico di tecnologie chimiche [3.50 punti];
• quesito di tipo pratico di tecnologie chimiche [3.50 punti].

È possibile trovare un fac-simile della prova d'esame sul sito del docente

Strumenti a supporto della didattica

li file pdf delle slides sono disponibili alla pagina IOL del corso

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Martino Colonna