00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento lo studente conosce la struttura della materia e i principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione ed è in grado di comprendere le proprietà strutturali e funzionali di molecole coinvolte nei cicli degli elementi nella biosfera 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 programma del corso segue un percorso logico. Parte dalla descrizione degli atomi e della struttura atomica, per poi affrontare le proprietà di sistemi caratterizzati da un livello di complessità crescente: molecole, sostanze, sistemi omogenei ed eterogenei.

Introduzione alla Chimica: l’importanza della chimica come scienza di base. Risoluzione dei problemi e miglioramento della qualità della vita. L’importanza all’interno del corso di laurea.

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. Considerazioni sulle limitazioni delle misure sperimentali.

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, la condivisione delle coppie elettroniche. Numero di legami, molecole e strutture infinite. Legame ionico: energia reticolare e reticolo cristallino; stechiometria dei composti ionici. Legami covalenti: teoria del Legame di Valenza e configurazione elettronica. Promozione elettronica. Cenni sulla teoria degli orbitali molecolari. Legame dativo: accettori e donatori. Geometrie molecolari e strutture di Lewis, ibridizzazione. Tipo di legame e posizione all’interno della tavola periodica. Interazioni molecolari non covalenti: di Van der Waals, di London, legami a idrogeno. Metalli e non-metalli, cenni sul legame metallico. Valenza, grado di ossidazione, numero di coordinazione. Composti binari con O (ossidi) e loro nomenclatura. Classificazione dei loro prodotti di idrolisi. Composti binari con H.

Stati di aggregazione: Stati di aggregazione della materia: proprietà generali di solidi, liquidi e gas. Allotropia. 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 - Cenni sui sistemi colloidali. Tensioattivi e micelle, definizione di concentrazione micellare critica – Un caso importante di sistema colloidale, il particolato atmosferico, concetti generali.

Reazioni chimiche: Reazioni ed equazioni chimiche; legge di conservazione di massa e bilanciamento - Reazioni di ossidoriduzione e loro bilanciamento. - Reazioni in soluzione: forma ionica delle loro equazioni- Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche - cenni sul peso equivalente -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.

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, 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.

Testi/Bibliografia

E' fondamentale utilizzare il materiale didattico fornito, comprendente diapositive, esempi svolti ed esercizi https://virtuale.unibo.it/), unitamente agli appunti di lezione.

Come integrazione allo studio qualsiasi testo UNIVERSITARIO dedicato a corsi di Chimica Generale ed Inorganica di primo livello è adatto.

Alcune indicazioni tra le molte possibilità:

- Balzani, Moggi, Prodi, Venturi, "CHIMICA: FONDAMENTI E PROSPETTIVE", Bononia University Press, 2021

- R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette "CHIMICA GENERALE, Principi ed applicazioni moderne”, Ed. PICCIN. ISBN 9788829923274

TESTI DI ESERCITAZIONI / ESERCIZI

- P. Michelin Lausarot, G. A. Vaglio “Stechiometria per la chimica generale”Ed. Piccin-Nuova Libraria

- Maurizio Bruschi, “Stechiometria e laboratorio di chimica generale. Eserciziario.” Pearson. ISBN: 889190256X

- A. Peloso, F. Demartin, "Fondamenti ed esercizi di Chimica Generale ed Inorganica", Ed. Progetto Padova. ISBN 9788887331400

-Ivano Bertini, Claudio Luchinat, Fabrizio Mani, "Stechiometria. Un avvio allo studio della chimica", CEA sesta edizione, ISBN 8808820238

Gli studenti già in possesso di altri testi di studio sono invitati a confrontarsi con il docente per verificarne i contenuti.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula: presentazioni power point per l'illustrazione degli aspetti teorici del corso. Presentazione di semplici animazioni ed immagine per la comprensione della geometria molecolare.

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

Compatibilmente con lo svolgimento del programma verrà valutata la possibilità di utilizzo di filmati e/o di semplici dimostrazioni sperimentali in aula.

La frequentazione delle lezioni e la consultazione del materiale didattico è fondamentale al superamento della prova finale.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Gli studenti dovranno sostenere una prova scritta della durata di 2 ore.

La prova d'esame sarà costituita dall'insieme di:
- tre esercizi numerici: ad ogni esercizio corrisponderà un massimo di 6 punti.

Esempi di argomenti: bilanciamento di una reazione di ossido-riduzione e calcoli stechiometrici - reagente limitante, equilibri acido-base, proprietà colligative, solubilità, calcoli legati alla concentrazione ed alla preparazione di soluzioni.

- quattro esercizi riguardanti tutto il programma, due dei quali riferiti al Modulo 2 (Fondamenti di Chimica Organica - Chimica delle Biomolecole): ad ogni esercizio corrisponderà un massimo di 3 punti.

Esempi di argomenti: 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; individuazione dei principali gruppi funzionali all’interno di una molecola organica

Il superamento della prova scritta avviene con voto superiore o uguale a 18/30.

Ai singoli esercizi verranno assegnati punteggi parziali nel caso di errori o svolgimenti incompleti. La lode viene assegnata in funzione della qualità dello svolgimento: completezza, chiarezza e argomentazione delle risposte.

Gli studenti che desiderassero migliorare il risultato della prova scritta, potranno 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

- di una calcolatrice scientifica

- del materiale per scrivere

- di un foglio formato A4 (solo fronte) in cui è possibile riportare definizioni, schemi, formule, esempi o qualunque informazione si ritenga utile allo svolgimento dell'esame. Nel caso di studenti con certificazione DSA il foglio A4 può essere scritto su entrambe le facciate

NON è consentito l'uso di altri appunti, libri di testo o dispense.

Durante l’esame NON è consentito l’utilizzo di QUALUNQUE dispositivo elettronico diverso dalla calcolatrice.

Students who wish to take the exam in English must contact the teacher by email no later than one week before the examination.

Nella sezione relativa al corso della piattaforma per la didattica on line (https://iol.unibo.it/) è disponibile il file "0-Modalità d'esame" che raccoglie in dettaglio tutte le informazioni necessarie per lo svolgimento delle prove d'esame per la verifica dell'apprendimento

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettori, lavagne interattive e lavagne in aula.

Possibilità di scaricare nella sezione dell'insegnamento all'interno del portale degli insegnamenti on-line (https://virtuale.unibo.it/) il materiale didattico di lezione distribuito dal docente, e previa comunicazione via mail al docente le registrazioni delle lezioni tenute in aula.

Nel materiale didattico reso disponibile on-line dal docente sono disponibili le informazioni dettagliate riguardanti la partecipazione e lo svolgimento della prova di esame e l'accettazione del voto.

Gli studenti in possesso di una certificazione di disabilità e con certificazione DSA sono invitati - se lo ritengono opportuno - a contattare il docente per accordare il tempo aggiuntivo per le prove d’esame (la richiesta deve essere fatta per email - almeno 15 gg prima della prova d'esame - mettendo in copia il competente ufficio:

https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it/contatti.

Come strumento di supporto alla prova d'esame per gli studenti con certificazione di disabilità o certificazione DSA è previsto un foglio formato A4 (fronte/retro) in cui lo studente potrà riportare a sua discrezione definizioni, schemi, formule, esempi o qualunque informazione ritenga utile per lo svolgimento della prova d'esame.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Rampazzo