15750 - FONDAMENTI DI CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base per comprendere il linguaggio specifico degli argomenti chimici; sa scrivere le equazioni chimiche, descrivere le caratteristiche chimico-strutturali della materia nei diversi stati di aggregazione; è capace di illustrare gli aspetti energetici e cinetici delle trasformazioni chimiche e di effettuare calcoli stechiometrici.

Contenuti

Struttura atomica della materia. L'atomo e i suoi costituenti: elettrone, protone, neutrone. Gli elementi: il numero atomico e il numero di massa; gli isotopi. Masse atomiche assolute e relative. La mole ed il numero di Avogadro. I composti. Formula minima, formula molecolare e formula di struttura di un composto. Nomenclatura IUPAC per i composti inorganici più comuni. Principali classi di composti inorganici.

Struttura elettronica degli atomi. Il principio di indeterminazione e le onde di De Broglie. La meccanica ondulatoria. Numeri quantici e orbitali. L'atomo di idrogeno nella meccanica ondulatoria. La struttura degli atomi polielettronici. Lo spin dell'elettrone: il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund. Le configurazioni elettroniche degli atomi.

La classificazione periodica degli elementi. La tavola periodica e le proprietà periodiche degli elementi.

Il legame chimico. Parametri della struttura molecolare. Classificazione dei legami chimici. Il legame ionico e l'energia reticolare. La valenza ionica. Il legame covalente: legami semplici e multipli. Orbitali ibridi e geometria molecolare. Polarità delle molecole. La teoria degli orbitali molecolari (cenni). Il legame metallico. La teoria delle bande. Conduttori, isolanti e semiconduttori, superconduttori. Nuovi materiali: nanotubi al carbonio, fullereni e grafene. I legami deboli.

Le reazioni chimiche. L'equazione stechiometrica ed il suo significato quantitativo. Tipi di reazioni; le reazioni di ossidoriduzione. Il numero di ossidazione ed il suo calcolo. Bilanciamento delle reazioni di ossidoriduzione. Calcoli stechiometrici.

Gli stati di aggregazione della materia. Lo stato gassoso: il modello del gas ideale e l'equazione di stato dei gas perfetti, miscele di gas ideali. I gas reali (cenni). Lo stato liquido: proprietà dei liquidi; le soluzioni; modi di esprimere le concentrazioni delle soluzioni; unità fisiche ed unità chimiche. Calcoli sulle concentrazioni delle soluzioni. Lo stato solido: cristalli ionici, covalenti, molecolari e metallici. I materiali liquido-cristallini. Materiali e loro impatto ambientale: le plastiche e le bio-plastiche.

Termochimica. La funzione di stato entalpia. Entalpie di formazione; stati standard ed entalpie standard. Entalpie di combustione. Legge di Hess e sue applicazioni. Calori di combustione; carburanti e bio-carburanti.

Cinetica chimica. Definizione della velocità di reazione. Le equazioni cinetiche e gli ordini di reazione. Meccanismi di reazione e molecolarità dei processi elementari. Influenza della temperatura sulla velocità di reazione: l'equazione di Arrhenius. L'energia di attivazione ed il fattore sterico. La catalisi: catalizzatori e inibitori. Proprietà dei catalizzatori: attività, stabilità e selettività. Catalisi omogenea e catalisi eterogenea.

Equilibrio chimico. L'equilibrio chimico dal punto di vista cinetico; la costante di equilibrio K. Varie espressioni di K. Equilibrio nei sistemi omogenei e nei sistemi eterogenei. Spostamento dell'equilibrio. Equilibri in soluzione acquosa. Autoprotolisi dell'acqua. Soluzioni acide, basiche e neutre: il concetto di pH. Gli acidi e le basi. La forza degli acidi e delle basi. Il calcolo del pH.

Equilibri tra fasi diverse e diagrammi di stato. La regola delle fasi. Sistemi ad un componente: l'equazione di Clausius-Clapeyron (cenni), diagramma di stato dell'acqua e del diossido di carbonio. Sistemi a due componenti: diagrammi di stato per sistemi a due componenti.

Elettrochimica. Le pile: generalità sulle pile

Testi/Bibliografia

M.S. Silberberg "Chimica. La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni" ed. McGraw-Hill

Metodi didattici

Lezioni teoriche ed esercitazioni

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

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 senza l'aiuto di appunti, libri e materiale diverso da quello fornito dall'insegnante.

La prova scritta consiste in domande di teoria a risposta multipla o aperte e di esercizi sugli argomenti svolti a lezione. In casi particolari, è possibile prevedere che l'esame sia organizzato come prova orale.

Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento, ed in particolare al raggiungimento degli obiettivi didattici:

- conoscenza della struttura atomica della materia e delle sue proprietà nei diversi stati di aggregazione

- conoscenza dei metodi di risoluzione di problemi di chimica di base

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni frontali si avvarranno dell'utilizzo principalmente della lavagna luminosa e videoproiettore. Il materiale utilizzato a lezione sara' disponibile online agli studenti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Annamaria Celli