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.

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