43049 - CHIMICA GENERALE E INORGANICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2020/2021

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce i principi fondamentali della Chimica Generale e Inorganica. In particolare conosce la struttura dellatomo, le proprietà degli elementi e la loro capacità di formare composti, le strutture molecolari, le reazioni chimiche, gli scambi di energia, gli stati della materia, la cinetica chimica, gli equilibri in soluzione, le proprietà acido-base, l'elettrochimica.

Contenuti

 

Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una buona preparazione nei fondamenti di matematica e fisica, conosce ed è in grado di applicare correttamente le Unità di misura di comune impiego. Conosce inoltre nozioni basilari di chimica generale. Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti impartiti nella Scuola Media Superiore. E' inoltre utile, benché non necessaria, la conoscenza della lingua inglese. 

 

 

PER GLI STUDENTI DEL CdS 8518 SCIENZE FARMACEUTICHE APPLICATE 

Insegnamento a Modulo unico, 56 ore di lezioni teoriche (7 CFU)

1. Riepilogo delle nozioni di base.

a) Nozioni di matematica utili nella soluzione di problemi di chimica generale.

b) La materia e le sue principali proprietà: atomi e molecole

c) Dimensioni di atomi e molecole. Definizione di unità di massa atomica, Pesi atomici e molecolari.

d) Numero di Avogadro, Concetto di mole

2. Struttura e proprietà degli atomi

a) Costituenti degli atomi. Struttura del nucleo. Isotopi. Cenni di chimica nucleare.

b)  Struttura elettronica dell'atomo. Proprietà di onde e particelle. La costante di Planck e la quantizzazione dell'energia. Il comportamento duale onda-particella. La relazione di indeterminazione quantistica. Gli elettroni come onde stazionarie.

c)  L'equazione d'onda e i numeri quantici. Configurazione elettronica degli elementi. Il sistema periodico degli elementi. Periodicità delle proprietà chimiche in funzione della configurazione elettronica esterna.

d) Energia di ionizzazione, Affinità elettronica, Elettronegatività.

3. Molecole e legami chimici.

a) Elementi e composti. Formula minima. Formula molecolare Formula di struttura.

b)Strutture di Lewis: regola dell'ottetto e sue eccezioni. Formule di risonanza. La carica formale.

c)  Legame covalente e covalente polare. Legame ionico. Legame metallico. Legami e proprietà fisiche e chimiche.

d) Nomenclatura dei composti ionici e covalenti. Cenni sulla chimica dei composti di coordinazione.

e) Struttura elettronica e geometria molecolare. Metodo VSEPR, applicazioni e limiti del metodo.

f) Metodo del legame di valenza: gli orbitali ibridi  e l'orientazione spaziale dei legami.

g) Metodo degli orbitali molecolari: paramagnetismo e strutture di risonanza.

h) Geometria e polarità delle molecole. Forze intermolecolari. Legame di idrogeno.

4. Stati fisici della materia.

a) Leggi dei gas, Equazione di stato e teoria cinetica dei gas.

b) Liquidi e solidi. Trasformazioni di stato e variazioni di energia. Equilibri dinamici e principio di Le Châtelier. Diagrammi di stato.

5.  Miscele e Soluzioni.

a) Miscele e Soluzioni: proprietà di soluzioni ideali e soluzioni reali, coefficienti di attività.

b) Espressioni della concentrazione di soluzioni.

c) Proprietà colligative: variazione dei punti di congelamento ed ebollizione, dialisi ed osmosi. Proprietà colligative di elettroliti.

d) Equilibri omogenei in soluzione acquosa. Equilibri acido-base: Acidi e basi secondo Lewis, Broensted e Lowry. Coppie acido-base coniugate. Definizione di Ka e pKa. Relazione tra Ka e Kb per una coppia coniugata.

e) Prodotto ionico dell'acqua, definizione di pH. pH di soluzioni di acidi e basi forti, deboli, di sali. Indicatori di pH. Soluzioni tampone.

f) Equilibri eterogenei in soluzione acquosa. Solubilità dei sali. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune e del pH sulla solubilità.

g) Soluzioni liquido-liquido. Equilibri eterogenei e Costanti di ripartizione.

6. Termodinamica

a) Definizione di sistema aperto, chiuso, isolato. Leggi della termodinamica:

b) Energia interna di un sistema, Entalpia, Entropia, Energia libera

7. Reazioni chimiche

a) Tipi fondamentali di reazioni chimiche. L'equazione chimica, equazioni bilanciate.

b) Equilibri chimici e reversibilità delle reazioni. l'energia associata alle reazioni chimiche, spontaneità delle reazioni ed equilibrio chimico. Espressione dell'azione di massa. Costanti di equilibrio e calcoli sull'equilibrio.

c)  Numero di ossidazione e bilanciamento reazioni redox. Cenni di Elettrochimica.

8. Cinetica chimica

a) Fattori che influenzano la velocità di reazione, la costante cinetica. Ordine di reazione. Equazioni cinetiche e tempi di dimezzamento. Dipendenza della costante cinetica dalla temperatura e dalla energia di attivazione. Teoria delle collisioni. Ruolo dei catalizzatori.

Risultati attesi

Al termine del Corso lo studente conosce la struttura dell'atomo, le proprietà degli elementi e la loro capacità di formare composti, le strutture molecolari, le reazioni chimiche, gli stati della materia, gli equilibri in soluzione, le proprietà acido-base delle molecole. Dispone quindi delle competenze necessarie per affrontare lo studio dei successivi argomenti del proprio Corso di Studi nei quali la conoscenza delle proprietà chimiche della materia sarà fondamentale.

PER GLI STUDENTI DEL CdS 8523 VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

Corso CHIMICA: Corso Integrato costituito da due Moduli.

 Modulo I: Chimica Generale , 56 ore di lezioni teoriche. 

Modulo II: Chimica Organica (Prof. Luca Laghi), 18 ore di lezioni teoriche e 12 ore di attività di laboratorio.

(8 CFU totali)

Modulo Chimica Generale  (5 CFU)

Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una buona preparazione nei fondamenti di matematica e fisica, conosce ed è in grado di applicare correttamente le Unità di misura di comune impiego. Conosce inoltre nozioni basilari di chimica generale. Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti impartiti nella Scuola Media Superiore. E' inoltre utile, benché non necessaria, la conoscenza della lingua inglese.

Programma

1. Riepilogo delle nozioni di base.

a) Nozioni di matematica utili nella soluzione di problemi di chimica generale.

b) La materia e le sue principali proprietà: atomi e molecole

c) Dimensioni di atomi e molecole. Definizione di unità di massa atomica, Pesi atomici e molecolari.

d) Numero di Avogadro, Concetto di mole

2. Struttura e proprietà degli atomi

a) Costituenti degli atomi. Struttura del nucleo. Isotopi. Cenni di chimica nucleare.

b) Struttura elettronica dell'atomo. Proprietà di onde e particelle. La costante di Planck e la quantizzazione dell'energia. Il comportamento duale onda-particella. La relazione di indeterminazione quantistica. Gli elettroni come onde stazionarie.

c) L'equazione d'onda e i numeri quantici. Configurazione elettronica degli elementi. Il sistema periodico degli elementi. Periodicità delle proprietà chimiche in funzione della configurazione elettronica esterna.

d) Energia di ionizzazione, Affinità elettronica, Elettronegatività.

3. Molecole e legami chimici.

a) Elementi e composti. Formula minima. Formula molecolare Formula di struttura.

b)Strutture di Lewis: regola dell'ottetto e sue eccezioni. Formule di risonanza. La carica formale.

c) Legame covalente e covalente polare. Legame ionico. Legame metallico. Legami e proprietà fisiche e chimiche.

d) Nomenclatura dei composti ionici e covalenti. Cenni sulla chimica dei composti di coordinazione.

e) Struttura elettronica e geometria molecolare. Metodo VSEPR, applicazioni e limiti del metodo.

f) Metodo del legame di valenza: gli orbitali ibridi e l'orientazione spaziale dei legami.

g) Metodo degli orbitali molecolari: paramagnetismo e strutture di risonanza.

h) Geometria e polarità delle molecole. Forze intermolecolari. Legame di idrogeno.

4. Stati fisici della materia.

a) Leggi dei gas, Equazione di stato e teoria cinetica dei gas.

b) Liquidi e solidi. Trasformazioni di stato e variazioni di energia. Equilibri dinamici e principio di Le Châtelier. Diagrammi di stato.

5. Miscele e Soluzioni.

a) Miscele e Soluzioni: proprietà di soluzioni ideali e soluzioni reali, coefficienti di attività.

b) Espressioni della concentrazione di soluzioni.

c) Proprietà colligative: variazione dei punti di congelamento ed ebollizione, dialisi ed osmosi. Proprietà colligative di elettroliti.

d) Equilibri omogenei in soluzione acquosa. Equilibri acido-base: Acidi e basi secondo Lewis, Broensted e Lowry. Coppie acido-base coniugate. Definizione di Ka e pKa. Relazione tra Ka e Kb per una coppia coniugata.

e) Prodotto ionico dell'acqua, definizione di pH. pH di soluzioni di acidi e basi forti, deboli, di sali. Indicatori di pH. Soluzioni tampone.

f) Equilibri eterogenei in soluzione acquosa. Solubilità dei sali. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune e del pH sulla solubilità.

g) Soluzioni liquido-liquido. Equilibri eterogenei e Costanti di ripartizione.

6. Termodinamica

a) Definizione di sistema aperto, chiuso, isolato. Leggi della termodinamica:

b) Energia interna di un sistema, Entalpia, Entropia, Energia libera

7. Reazioni chimiche

a) Tipi fondamentali di reazioni chimiche. L'equazione chimica, equazioni bilanciate.

b) Equilibri chimici e reversibilità delle reazioni. l'energia associata alle reazioni chimiche, spontaneità delle reazioni ed equilibrio chimico. Espressione dell'azione di massa. Costanti di equilibrio e calcoli sull'equilibrio.

c) Numero di ossidazione e bilanciamento reazioni redox. Cenni di Elettrochimica.

8. Cinetica chimica

a) Fattori che influenzano la velocità di reazione, la costante cinetica. Ordine di reazione. Equazioni cinetiche e tempi di dimezzamento. Dipendenza della costante cinetica dalla temperatura e dalla energia di attivazione. Teoria delle collisioni. Ruolo dei catalizzatori.

Risultati attesi

Al termine della prima unità didattica lo studente conosce la struttura dell'atomo, le proprietà degli elementi e la loro capacità di formare composti, le strutture molecolari, le reazioni chimiche, gli stati della materia, gli equilibri in soluzione, le proprietà acido-base delle molecole. Dispone quindi delle competenze necessarie per approfondire lo studio dei composti del carbonio, che rappresenta il contenuto del secondo modulo didattico.

 

Modulo Chimica Organica, (3 CFU) A:  Lezioni teoriche (18 ore)

Prerequisiti

Nozioni utili di matematica. Unità di misura di comune impiego. La materia e le sue principali proprietà. Atomi e molecole. Dimensioni di atomi e molecole. Modello elettronico dell'atomo, orbitali molecolari, ibridazione. Definizione di unità di massa atomica. Pesi atomici e molecolari. Numero di Avogadro, Concetto di mole. Nomenclatura dei composti inorganici. Tali conoscenze e competenze sono erogate dal modulo di chimica generale ed inorganica dello stesso insegnamento.

Programma

1. Alcani: nomenclatura di alcani lineari, ramificati e ciclici). Alcheni e Alchini: nomenclatura.

2. Stereochimica. Definizione e considerazioni geometriche sugli isomeri, suddivisibili in isomeri di struttura e stereoisomeri, questi ultimi suddivisibili in enantiomeri e diastereoisomeri. Nomenclatura dei centri chirali R-S. Nomenclatura cis-trans. Proprietà chimiche, fisiche ed interazione con la luce polarizzata di enantiomeri e diastereoisomeri. Composti meso e miscele racemiche. Lo studente deve essere in grado di ricavare la chiralità di un carbonio chirale di una molecola scritta secondo la convenzione di Fisher.

3. Correlazione tra caratteristiche delle molecole organiche e i loro punti di fusione ed ebollizione. Correlazione tra le caratteristiche di una molecola e la sua stabilità: il caso delle molecole cicliche.

4. Nomenclatura sistematica IUPAC e di fantasia di alcoli, eteri, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, esteri, ammine, tioli e tioeteri. Gruppo carbonilico e carbossilico. Correlazione tra struttura di una molecola e proprietà acido-base. Ruolo dell'ibridazione dei carboni sulla acidità di queste sostanze. Composti che originano i carbocationi e carbanioni più stabili, interpretazione dei dati sperimentali.

5. Benzene e aromaticità: descrizione del fenomeno della aromaticità - derivati del benzene - risonanza nei derivati del benzene - effetti coniugativi e induttivi dei gruppi sostituenti - effetto del sostituente sulle proprietà acido base di alcune molecole aromatiche. Acidità e basicità delle sostanze: effetto induttivo e coniugativo esercitato dal gruppo fenilico e da sostituenti eventualmente presenti su di esso.

6. Gruppi contenenti C=O: nomenclatura e proprietà di acidi carbossilici, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e esteri, saponi e detergenti, grassi e oli. Strutture limite di risonanza necessarie a comprendere la reattività di questo gruppo funzionale. Descrizione della reazione di addizione al carbonio carbonilico da parte di un nucleofilo.

7. Monosaccaridi. Descrizione dei gruppi funzionali. Nomenclatura D e L. Chiusura ad anello. Polisaccaridi. Formazione di glicosidi. Formazione di dimeri. Mutarotazione.

8. Descrizione degli amminoacidi. Nomenclatura D e L degli amminoacidi.

Risultati attesi:

Al termine di questa unità didattica lo studente acquisisce le conoscenze teoriche di base sulla struttura della materia organica e dei principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione. Lo studente sarà inoltre in grado di predire, a partire dalla struttura, le proprietà e reattività delle molecole organiche.

Modulo di Chimica Organica B: Attività didattica di laboratorio. (12 ore )

Allo studente verranno fornite in aula spiegazioni specifiche su come sia possibile impostare un esperimento in laboratorio per mettere in luce particolari proprietà di una sostanza o di un campione di interesse. L'aspetto sul quale si focalizzerà l'attenzione sarà l'effetto induttivo e coniugativo dei gruppi funzionali.

In laboratorio lo studente separerà 3 sostanze di diversa acidità attraverso cromatografia su strato sottile (TLC). Lo studente sarà in grado di valutare l'acidità relativa delle sostanze prese in esame alla luce del'effetto induttivo e coniugativo dei gruppi funzionali presenti al loro interno. Allo studente verranno proposti alcuni metodi per recuperare le sostanze stesse in vista di successive caratterizzazioni.

Risultati attesi.

Al termine di questa attività di laboratorio lo studente avrà maturato l'esperienza necessaria per cogliere le implicazioni pratiche delle nozioni apprese nelle lezioni teoriche.

Testi/Bibliografia

Il materiale didattico fornito dai Docenti rappresenta solo una traccia degli argomenti trattati durante le lezioni. La consultazione di libri di testo di livello universitario è imprescindibile. Allo scopo si segnalano alcuni testi fra i quali lo studente può scegliere quello che preferisce, in quanto essi risultano equivalenti. In caso lo studente scelga un testo diverso da quelli indicati può richiedere direttamente al Docente una verifica della adeguatezza del testo.

Per il: CdS 8518 SCIENZE FARMACEUTICHE APPLICATE 

- Burdge J. & Overby J. Chimica Generale II Ed., EDRA

- Atkins P., Jones L., Laverman L. Principi di chimica IV Ed.  Zanichelli;

--Tro, N.J. Chimica, un approccio molecolare, II Ed.  EdiSES

-  Brady, J. E.  Holum, R. “Fondamenti di chimica”, Zanichelli.

-J. Kotz, et al, “Chimica”, VI Ed.  EdiSES.

-R. Chang, “Fondamenti di Chimica Generale”, McGraw-Hill

- Silberberg M.S, Chimica,  McGraw-Hill

- Brown et al., Fondamenti di Chimica, IV Ed., EDISES.

Per il: CdS 8523 VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

Chimica generale

- Burdge J. & Overby J. Chimica Generale II Ed., EDRA

- Atkins P., Jones L., Laverman L. Principi di chimica IV Ed. Zanichelli;

--Tro, N.J. Chimica, un approccio molecolare, II Ed. EdiSES

- Brady, J. E. Holum, R. “Fondamenti di chimica”, Zanichelli.

-J. Kotz, et al, “Chimica”, VI Ed. EdiSES.

-R. Chang, “Fondamenti di Chimica Generale”, McGraw-Hill

-Silberberg M.S, Chimica, McGraw-Hill

- Brown et al., Fondamenti di Chimica, IV Ed., EDISES.

Chimica Organica

Wade, "Fondamenti di Chimica Organica", Piccin

McMurray, "Chimica Organica", Zanichelli;

Solomons, "Chimica Organica", Zanichelli.

 



Metodi didattici

CdS 8518. Scienze Farmaceutiche Applicate  

il Corso consiste in una unica unità didattica che si svolgerà con lezioni frontali che illustreranno le basi  teoriche dei vari argomenti e durante le quali verranno svolti esercizi di applicazione delle nozioni apprese.

Le attività didattiche teoriche e pratiche del primo ciclo di lezioni 2020/21 si svolgeranno regolarmente in presenza per tutti gli studenti compatibilmente con le condizioni sanitarie e con le normative in vigore relativamente all’emergenza COVID-19. Le attività didattiche e i laboratori universitari saranno ad ogni modo garantiti anche on line.

CdS 8523. VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

Il Corso è costituito da due Moduli.

- Chimica Generale : il Modulo consiste in una unica unità didattica teorica che si svolgerà con lezioni frontali che illustreranno le basi  teoriche dei vari argomenti e durante le quali verranno svolti esercizi di applicazione delle nozioni apprese.

-Chimica Organica: Il Modulo si suddivide in due unità didattiche: la prima, teorica, è costituita da lezioni frontali accompagnate da esercizi di applicazione delle nozioni presentate.  La seconda unità didattica prevede attività di laboratorio volta ad approfondire da un punto di vista sperimentale alcuni aspetti degli argomenti trattati a lezione.

Le attività didattiche teoriche e pratiche del primo ciclo di lezioni 2020/21 si svolgeranno regolarmente in presenza per tutti gli studenti compatibilmente con le condizioni sanitarie e con le normative in vigore relativamente all’emergenza COVID-19. Le attività didattiche e i laboratori universitari saranno ad ogni modo garantiti anche on line.

Modalità di verifica dell'apprendimento

CdS 8518. SCIENZE FARMACEUTICHE APPLICATE

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame finale che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore, con la possibilità di consultare appunti di lezione o libri. La prova scritta consiste di 5 esercizi che riguardano: equazioni chimiche, strutture molecolari, esercizi numerici  relativi all'applicazione di nozioni apprese durante il corso (soluzioni e loro proprietà, pH, solubilità) e 1 esercizio con domande Vero/Falso sulle basi teoriche dei diversi argomenti del programma. Gli studenti che superano la prova scritta con votazione da 18/30 a 30/30 possono chiedere la verbalizzazione di tale risultato entro dodici mesi dalla data di superamento, salvo il caso che lo studente ripeta la prova scritta, evento che annulla ogni risultato precedente. Diversamente, lo studente può chiedere di migliorare il risultato della prova scritta sostenendo una prova orale individuale. Tale possibilità verrà offerta anche agli studenti che hanno ottenuto nella prova scritta una votazione non sufficiente ma comunque  non inferiore a 15/30. La prova orale trarrà spunto dagli argomenti affrontati nella prova scritta e comprenderà tutti gli argomenti del Programma, consistendo sia nello svolgimento di esercizi numerici che nella dissertazione di argomenti di teoria.

Le prove di esame verranno svolte in presenza compatibilmente con le condizioni sanitarie e con le normative in vigore relativamente all’emergenza COVID-19

CdS 8523 VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

 La verifica dell'apprendimento verrà svolta al termine delle lezioni di entrambi i Moduli. Gli studenti dovranno sostenere due prove separate e la valutazione finale risulterà dalla media ponderata dei punteggi ottenuti nelle due prove.

Chimica Generale: La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame finale che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore, con la possibilità di consultare appunti di lezione o libri. La prova scritta consiste di 5 esercizi che riguardano: equazioni chimiche, strutture molecolari, esercizi numerici relativi all'applicazione di nozioni apprese durante il corso (soluzioni e loro proprietà, pH, solubilità) e 1 esercizio con domande Vero/Falso sulle basi teoriche dei diversi argomenti del programma. Gli studenti che superano la prova scritta con votazione da 18/30 a 30/30 possono chiedere la verbalizzazione di tale risultato entro dodici mesi dalla data di superamento, salvo il caso che lo studente ripeta la prova scritta, evento che annulla ogni risultato precedente. Diversamente, lo studente può chiedere di migliorare il risultato della prova scritta sostenendo una prova orale individuale. Tale possibilità verrà offerta anche agli studenti che hanno ottenuto nella prova scritta una votazione non sufficiente ma non inferiore a 15/30. La prova orale trarrà spunto dagli argomenti affrontati nella prova scritta e comprenderà tutti gli argomenti del Programma.

Le prove di esame verranno svolte in presenza compatibilmente con le condizioni sanitarie e con le normative in vigore relativamente all’emergenza COVID-19

Per i soli studenti che si trovino nell'obbiettiva impossibilità di partecipare alle prove scritte che si svolgono negli appelli fissati è concesso lo svolgimento di una prova scritta individuale da concordarsi caso per caso con il Docente.

Chimica Organica:  Durante la prova orale lo studente affronterà gli argomenti trattati a lezione (disponibili nei testi consigliati per lo studio e nel materiale didattico presentato) e sarà valutato sulla base dei seguenti criteri: (i) conoscenza, comprensione e approfondimento degli argomenti trattati; (ii) capacità critica ed espositiva; (iii) correttezza di linguaggio tecnico-scientifica. La prova orale potrà avere un punteggio massimo di 30 punti, eventualmente con lode. Lacune formative e/o linguaggio inappropriato – seppur in un contesto di conoscenze minimali del materiale d'esame - condurranno a un voto insufficiente.

Gli appelli vengono proposti nell’ambito delle apposite finestre definite nell’ambito del Corso di studi e gli studenti possono prenotarsi per la prova orale di esame esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema online Alma Esami. Per eventuali informazioni sulle modalità di prenotazione, collegarsi all'applicativo "almaesami".

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettori, lavagne luminose in aula.

Distribuzione di eventuali fotocopie integrative e possibilità di scaricare i file di lezione dal sito contenente il materiale didattico del docente sul Portale UNIBO.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elida Nora Ferri