29225 - FONDAMENTI DI CHIMICA T

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo Studente acquisisce le conoscenze di base di Chimica necessarie per l'interpretazione del comportamento dei materiali di interesse per l'Ingegneria Meccanica e per la comprensione dei fenomeni che avvengono nei processi energetici.

Contenuti

1. La struttura atomica della materia. Atomi e molecole. Le particelle fondamentali della materia ed i primi modelli atomici: il modello di Rutherford. Numero atomico e numero di massa; nuclídi e isotopi. Pesi atomici relativi e assoluti; l'unità di massa atomica. La mole ed il numero di Avogadro.

2. La struttura del nucleo atomico. Nuclídi stabili e radionuclídi. La radioattività; la cinetica del decadimento radioattivo. Cenni alle famiglie radioattive naturali. Il difetto di massa. La fissione nucleare e sue applicazioni; cenni sulla fusione nucleare.

3. Le configurazioni elettroniche degli atomi. L'effetto fotoelettrico. Lo spettro di emissione dell’atomo di idrogeno. Il  principio di indeterminazione di Heisenberg. Le onde di De Broglie. L'equazione di Schrödinger e sua applicazione al caso dell'atomo di idrogeno. Orbitali atomici e numeri quantici. Gli atomi con più elettroni: lo spin dell'elettrone ed il numero quantico di spin: il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund. La configurazione elettronica dei principali elementi. La Tavola Periodica degli elementi; le principali proprietà periodiche e loro andamento lungo i gruppi ed i periodi.

4. Il legame chimico. Il legame ionico. Valenza ionica. Il legame covalente. Legami semplici e legami multipli: legami di tipo sigma e di tipo pigreco. I legami di coordinazione. La teoria del legame di valenza (VB). La valenza degli atomi. Gli orbitali ibridi e la geometria molecolare; gli ibridi sp, sp², sp³; cenni ad altri tipi di ibridazione. Cenni alla teoria VSEPR. Molecole polari ed apolari. La teoria degli orbitali molecolari (OM). Il legame metallico; il modello a bande nei solidi. Conduttori e isolanti. I semiconduttori e il loro drogaggio. I legami deboli.

5. Le reazioni chimiche. L'equazione stechiometrica e il suo significato. La nomenclatura dei composti inorganici ed organici più comuni. Le reazioni di ossidoriduzione e loro bilanciamento. Calcoli stechiometrici.

6. Gli stati di aggregazione della materia.

Lo stato gassoso: il modello del gas ideale e l'equazione di stato dei gas. Le leggi di Dalton e di Amagat. Il fattore di comprimibilità. La temperatura critica.

Lo stato liquido: la pressione di vapore e la temperatura di ebollizione. Le soluzioni. La solubilità di un solido e di un gas in un liquido.

Lo stato solido: solidi amorfi e solidi cristallini; il reticolo cristallino e la cella elementare. Cenni ai sistemi cristallografici e ai vari tipi di celle elementari. Le celle cristalline compatte: EC, CCC, CFC. Le caratteristiche principali dei vari tipi di solidi cristallini (metallici, ionici, molecolari, covalenti, ecc.). I principali difetti nei cristalli: difetti di punto, di linea e di superficie.

7. I diagrammi di stato. La regola delle fasi ed i diagrammi di stato di una sostanza pura. Le proprietà colligative delle soluzioni. Principali tipi di diagrammi di stato a due componenti relativi agli equilibri liquido-solido e liquido-vapore.

8. La cinetica chimica. La velocità di reazione. L'equazione cinetica. L'ordine di reazione. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione: l’equazione di Arrhenius; l'energia di attivazione. I catalizzatori: proprietà generali; catalisi omogenea ed eterogenea.

9. Termochimica. Il primo principio della Termodinamica; l'energia interna e l'entalpia. Termochimica: le equazioni termochimiche; L'entalpia standard di formazione; l'entalpia standard di reazione. Cenni alla combustione. La legge di Hess.

10. L'equilibrio chimico. L'equilibrio chimico da un punto di vista cinetico. Espressioni delle costanti di equilibrio per sistemi gassosi ideali: K_P e K_c. Calcolo della composizione all'equilibrio. Lo spostamento dell'equilibrio. L'equazione di Van't Hoff

11. Equilibri ionici in soluzione. L'autoprotolisi dell'acqua. Soluzioni acide, neutre e basiche: il pH. Acidi e basi secondo Arrhenius e secondo Brönsted e Lowry. Gli equilibri di solubilità.

12. Elettrochimica. La pila Daniell. La forza elettromotrice di una pila. La serie elettrochimica. L'equazione di Nernst. I processi elettrolitici: il potenziale di decomposizione; le leggi di Faraday. La corrosione nei metalli e metodi di protezione.

Testi/Bibliografia

R.A. Michelin, A. Munari - " Fondamenti di Chimica ", Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2019.

R.A. Michelin, P. Sgarbossa, M. Mozzon, A. Munari - "CHIMICA, Test ed Esercizi", Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2018.

Metodi didattici

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

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede una prova scritta integrata da una verifica orale facoltativa. La prova scritta prevede una parte costituita da quiz di teoria a risposta multipla (tipicamente 40) ed esercizi (in genere 2) su argomenti svolti nelle esercitazioni in aula. Per potere accedere alla prova orale, facoltativa, occorre avere ottenuto un voto sufficiente (almeno 18) nella prova scritta, con almeno 8 nei quiz ed almeno 5 negli esercizi.

Durante il periodo di emergenza COVID-19 la prova orale facoltativa è abolita. Le modalità di svolgimento della prova scritta potranno variare.

 

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni frontali si avvarranno dell'utilizzo principalmente della lavagna luminosa. Copia di un tipico compito d'esame sarà disponibile presso la Copisteria posta di fianco all'ingresso della Biblioteca 'G.P. Dore' ed anche sul sito web del Docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Munari