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

Il programma del corso prevede i seguenti argomenti:

1. L'atomo e i modelli atomici

· Composizione dell'atomo (elettroni, protoni e neutroni): esperimento di Rutherford, spettro elettromagnetico, principio di 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, , composizione percentuale dei composti, formule empiriche e molecolari.

· Equazione chimica e suo bilanciamento, stechiometria e resa di reazione.

3. La tavola periodica, il legame chimico e le interazioni intermolecolari

· Tavola periodica e proprietà periodiche (raggio atomico, energie di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, carattere metallico).

· Legame ionico: caratteristiche, composti ionici e 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.

· Legame covalente puro e polare, polarità delle molecole e momento dipolare.

· Legame metallico. Conduttori, semiconduttori ed isolanti.

· 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, 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, strutture di alcuni solidi cristallini metallici e ionici, difetti nei cristalli.

6. Soluzioni

· Unità chimiche e fisiche di misura della concentrazione: molarità, frazione molare, percentuale in massa e in volume.

· 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. 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. 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.

9. 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.

10. Materiali polimerici

· Reazioni di polimerizzazione e metodi industriali di produzione dei polimeri. Cristallinità. 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.

11. 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.

12. Materiali compositi

· Materiali compositi a matrice polimerica.

· Compositi a base di fibra di carbonio, Kevlar e fibra di vetro.

· Metodi di preparazione e proprietà dei materiali compositi.

13. 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

Per la parte teorica di chimica è consigliato uno dei testi seguenti:

R. Chang, J. Overby. Fondamenti di Chimica Generale. McGraw-Hill

R.A. Michelin, A. Munari. Fondamenti di Chimica. CEA

Per la parte teorica dei materiali è consigliato:

W.F. Smith, J. Hashemi Scienza e tecnologia dei materiali. McGraw-Hill

Per la parte di esercitazioni:

• si possono risolvere i problemi in fondo ai capitoli nei testi sopra indicati (ove presenti);
  
  
• nel materiale didattico sono a disposizione degli studenti esercizi preparati sulla traccia di quelli svolti nelle esercitazioni in aula.

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. 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 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. E’ consentito unicamente l'utilizzo di cancelleria e della calcolatrice.

La prova scritta consiste di domande di teoria a risposta multipla o aperte e di esercizi sugli argomenti svolti a lezione.

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.

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 delle proprietà e gestione dei principali materiali coinvolti nei processi produttivi;

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

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico proiettato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite la piattaforma VIRTUALE.

Il materiale didattico fornito agli studenti, anche se integrato dagli appunti presi a lezione, non è sostitutivo dei testi di riferimento ma costituisce una guida per la selezione e la comprensione degli argomenti da trattare.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Laura Sisti

Consulta il sito web di Micaela Vannini