00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

A conclusione dell'insegnamento lo studente possiede le conoscenze di base della struttura della materia e dei principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione oltre ad acquisire le basi fondamentali per comprendere le relazioni tra struttura, proprietà e reattività delle molecole organiche con particolare riferimento anche alle loro proprietà acido-base. È in grado di comprendere ed analizzare criticamente, dal punto di vista molecolare, le reazioni chimiche che avvengono nella ecosfera agro-ambientale

Contenuti

Il corso è diviso in 2 moduli tenuti dal Prof. Enrico Rampazzo:

Chimica - modulo di 6 crediti (60 ore),
Fondamenti di chimica organica (Modulo 2) - modulo di 2 crediti (20 ore),

Il seguente programma riportato in maniera compatta per chiarezza verrà ricoperto in maniera esaustiva e senza discontinuità.

Premessa: Limitazioni delle misure sperimentali. Classificazione chimica della materia: sostanze e miscele - elementi e composti - sistemi omogenei ed eterogenei. Atomi, simboli atomici e formule, numero atomico e di massa, isotopi, ioni.

L'atomo: Teoria atomica - Composizione degli atomi, numero atomico e di massa – Isotopi e peso atomico - Struttura dell'atomo: modello di Bohr – La natura ondulatoria della materia: dualismo onda-particella. La struttura atomica e cenni delle teorie quantistiche - Orbitali atomici, numeri quantici, spin. - Orbitali negli atomi polielettronici e ordine di riempimento - Configurazioni elettroniche degli elementi. - Tavola Periodica: relazione con le configurazioni elettroniche- Energie di ionizzazione; affinità elettroniche; Dimensioni atomiche e loro andamenti periodici

I composti: Formule minime e molecolari – Valenza; grado di ossidazione e sua determinazione. Nomenclatura. Strutture di Lewis di molecole e ioni poliatomici (cariche formali, espansione dell'ottetto). - Geometria molecolare in relazione con le formule di struttura (metodo VSEPR) – previsioni sulla polarità delle molecole in funzione di geometria ed elettronegatività - Risonanza - Isomerie - peso molecolare e peso formula - Mole, numero di Avogadro e numero di moli;

Il legame chimico: Concetti generali - Legame ionico: energia reticolare e reticolo cristallino; stechiometria dei composti ionici. Legami covalenti: teoria del Legame di Valenza e cenni sulla teoria degli orbitali molecolari. Geometrie molecolari e strutture di Lewis, ibridizzazione. Interazioni molecolari non covalenti: di Van der Waals, di London, legami a idrogeno. Cenni sul legame metallico.

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. Deviazioni dalla legge dei gas ideali - Miscele di gas ideali; pressioni parziali - Cambiamenti di stato- Diagrammi di stato.

Soluzioni: Generalità - Metodi per indicare la concentrazione di una specie: percento in peso e volume, frazione molare, molalità, molarità, normalità. Conversioni tra di esse - Solubilità e soluzioni sature - Soluzioni elettrolitiche: elettroliti forti e deboli; grado di dissociazione; coeff. di van’t Hoff - Caratteristiche di soluzioni ideali, diluite e concentrate. - Cambiamenti di stato delle soluzioni liquide: leggi di Raoult e di Henry - Osmosi e pressione osmotica. - Proprietà colligative e determinazione del PM di soluti; calcoli stechiometrici.

Reazioni chimiche: Reazioni ed equazioni chimiche; legge di conservazione di massa e bilanciamento - Reazioni di ossidoriduzione e bilanciamento. - Reazioni in soluzione: forma ionica delle loro equazioni- Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche - Pesi equivalenti di ossidanti, riducenti, acidi e basi -Calcoli stechiometrici.

Termodinamica: Introduzione alla Termochimica: le reazioni ed il calore (energia interna, entalpia), entropia e suo significato, le reazioni spontanee (entropia, energia libera), calcolo delle grandezze termodinamiche, variazione dell'energia libera durante il decorso di una reazione.

Cinetica chimica: Introduzione alla Cinetica Chimica: velocità di reazione; equazioni cinetiche; ordine di reazione; costanti cinetiche e fattori che le influenzano.- Meccanismi di reazione e stadi elementari. Complesso attivato, energia di attivazione- Catalisi omogenea ed eterogenea.

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. - calcoli stechiometrici.

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 e classificazione. 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. Acidità e basicità di soluzioni di sali. Reazioni tra acidi e sali o basi e sali. - Proprietà delle soluzioni tampone- Calcoli stechiometrici.

Elementi di chimica inorganica: Richiami delle proprietà periodiche (configurazione elettronica, principali gradi di ossidazione, elettronegatività). Proprietà acido-base e redox dei principali elementi. Introduzione ai composti di coordinazione.

Fondamenti di Chimica Organica - Chimica delle Biomolecole (MODULO 2)

Metodi per la rappresentazione delle strutture dei composti organici.

Richiami su orbitali, struttura elettronica, legame chimico, polarità ed elettronegatività. Richiami su ibridi e concetti di ibridazione per l’atomo di carbonio.

Acidi e basi secondo Lewis, nucleofili ed elettrofili.

Verranno descritti brevemente le principali classi di composti organici e i principali gruppi funzionali, con cenni alla loro nomenclatura: idrocarburi (alcani, alcheni, alchini, areni) alcoli e fenoli, tioli, alogenuri, ammine, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e loro derivati (esteri, ammidi, anidridi, alogenuri acilici).

Proprietà di polarità e acido-base dei principali gruppi funzionali. Relazione tra la polarità e le proprietà acido base di semplici molecole organiche.

Introduzione alle unità fondamentali, alla struttura ed alle proprietà di alcune biomolecole: amminoacidi, legame peptidico e proteine, enzimi e loro funzione. Lipidi: Grassi, oli, saponi. Fosfolipidi. Steroidi. Membrane biologiche.

Cenni alla composizione ed alla struttura del legno e degli acidi umici.

Cenni sul ciclo dei principali elementi di interesse biologico: C, N, O, S, P.

Testi/Bibliografia

Qualsiasi testo UNIVERSITARIO dedicato a corsi di Chimica Generale ed Inorganica di primo livello è adatto:

Alcune indicazioni tra le molte possibilità:
- R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette "CHIMICA GENERALE, Principi ed applicazioni moderne”, Ed. PICCIN. ISBN 9788829923274
- A. Peloso, F. Demartin, "Fondamenti ed esercizi di Chimica Generale ed Inorganica", Ed. Progetto Padova. ISBN 9788887331400

For international students wishing to make the final examination in english: any university text dedicated to first level General Chemistry courses is suitable.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula, con presentazioni power point. Compatibilmente con lo svolgimento del programma verrà valutata la possibilità di utilizzo di filmati e/o di semplici dimostrazioni sperimentali in aula.

Esercitazioni: svolgimento di esercizi alla lavagna, riguardanti i principali argomenti trattati, con particolare riferimento ad esempi utili per affrontare la prova d’esame.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Gli studenti dovranno sostenere una prova scritta della durata di 2 ore e 30 minuti. La prova d'esame sarà costituita dall'insieme di:
- tre esercizi numerici (bilanciamento di una reazione di ossido-riduzione e calcoli stechiometrici - reagente limitante, equilibri acido-base, proprietà colligative, solubilità).Ad ogni esercizio corrisponderà un massimo di 6 punti.
- quattro esercizi riguardanti tutto il programma, due delle quali riferite al Modulo 2 (Fondamenti di Chimica Organica - Chimica delle Biomolecole). Alcuni esempi: ottenimento della geometria molecolare di semplici molecole o ioni tramite il metodo VSEPR; elettroliti e proprietà colligative; definizioni e brevi descrizioni di argomenti teorici; descrizione delle proprietà di polarità ed acidità di semplici molecole organiche; esercizio di nomenclatura su un composto organico, anche con riferimento alla stereoisomeria per composti con un singolo stereocentro; individuazione dei principali gruppi funzionali all’interno di una molecola organica: ad ogni esercizio corrisponderà un massimo di 3 punti.

Il superamento della prova scritta avviene con voto superiore o uguale a 18/30. Gli studenti che desiderassero migliorare il risultato della prova scritta, possono (l'orale non è obbligatorio) sostenere una prova orale che riguarderà gli argomenti presentati durante il corso.

NB: alla prova scritta gli studenti si dovranno presentare muniti di un documento di identità con foto.

Durante la prova scritta è consentito l'uso di una tavola periodica degli elementi che NON riporti indicazioni sulla nomenclatura di ioni e ossiacidi, e di una calcolatrice scientifica. NON è consentito l'uso di libri di testo, appunti, dispense.

SARA’ SEVERAMENTE PROIBITO L’UTILIZZO DI TELEFONI CELLULARI O DI ALTRI DISPOSITIVI (tablet ecc.) IN AULA DURANTE IL COMPITO ANCHE SOLO COME CALCOLATRICE.

Students who wish to make the exam in English are allowed: please contact the teacher by email no later than one week before the examination.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettori e lavagne interattive in aula.

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

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Rampazzo