04422 - CHIMICA GENERALE

Conoscenze e abilità da conseguire

L’insegnamento si propone di fornire nozioni di base di chimica, quali la composizione, la struttura e la reattività delle molecole, la stechiometria, l'equilibrio delle reazioni chimiche per sistemi omogenei ed eterogenei. Lo studente acquisirà anche la capacità di applicare tali conoscenze alla soluzione di problemi numerici e pratici

Contenuti

Prerequisiti

Conoscenza delle principali funzioni aritmetiche e matematiche elementari: frazioni, potenze, radici, esponenziali e logaritmi. Notazione scientifica. Soluzione di equazioni algebriche di primo e secondo grado.

Conoscenza delle principali grandezze fisiche e delle relazioni che le legano, principali unità di misura del Sistema Internazionale (SI) e di uso comune non SI. Grandezze scalari e vettoriali.

La conoscenza di nozioni di chimica non è un prerequisito del corso.

MODULO 1

Unità didattica 1A - LA STRUTTURA

1A.1 - Introduzione e concetti fondamentali. Sistemi omogenei ed eterogenei, sostanze e miscele, elementi e composti.
Atomi e particelle subatomiche, simboli atomici, numero atomico e di massa, isotopi, ioni.
Massa atomica e peso atomico, formula minima e formula molecolare, peso formula e peso molecolare, mole.

1A.2 - L'atomo. Dualismo onda-particella e modello quantistico dell’atomo di idrogeno e degli atomi polielettronici. Gusci e sottogusci di orbitali, numeri quantici, configurazioni elettroniche.
La tavola periodica e le proprietà periodiche degli elementi chimici.

1A.3 - Il legame chimico. Il legame covalente; formule di Lewis, lunghezza ed energia di legame; elettronegatività e polarizzazione dei legami. Geometria delle molecole. Teoria del legame di valenza, orbitali atomici ibridi, legame doppio e triplo.
Il legame ionico; proprietà caratteristiche dei composti ionici.
Il legame metallico; le leghe.
Forze intermolecolari: forze di London, forze dipolo-dipolo, legami a idrogeno.

1A.4 - Gas, liquidi, solidi. Proprietà dei gas: leggi dei gas ideali, pressioni parziali, gas reali.
I liquidi: tensione di vapore, punto di fusione e di ebollizione. Lo stato solido: cenni sulle proprietà fisiche dei solidi.
Forme allotropiche dei principali elementi. Diagrammi di stato, transizioni di fase.
Cenni sulle soluzioni gassose e liquide; espressioni della concentrazione.

Unità didattica 1B - LE TRASFORMAZIONI

1B.1 - Termodinamica chimica. Calore ed energia.
Le trasformazioni chimiche: concetti di base.
Primo principio della termodinamica, funzioni di stato, entalpia di reazione; stato standard termodinamico.
L'entropia e il suo significato. Secondo e terzo principio della termodinamica.
Reazioni spontanee, energia libera di Gibbs.

1B.2 - L’equilibrio chimico. Equilibri in fase gassosa; reazioni complete e incomplete. Equilibri eterogenei.
Costante di equilibrio e quoziente di reazione. Principio di Le Châtelier; effetto delle variabili di stato sull’equilibrio.
Significato termodinamico dell'equilibrio.

1B.3 - Elettrochimica. Pile, elettrodi, potenziali standard.
Equazione di Nernst; pile a concentrazione ed elettrodo a vetro. Elettrolisi. Celle a combustibile. La corrosione dei metalli.

1B.4 - Cinetica chimica. Velocità di reazione, legge cinetica e costante di velocità; equazione cinetica integrata del primo e secondo ordine.
Meccanismo di reazione, ordine e molecolarità, processi elementari, stadio lento.
Energia di attivazione, equazione di Arrhenius, cenni alla teoria degli urti; catalisi omogenea, eterogenea ed enzimatica.

MODULO 2

Unità didattica 2A – REAZIONI CHIMICHE ED EQUILIBRI IN SOLUZIONE

2A.1 – Mole e formula chimica. Mole e massa molare. Formula minima e formula molecolare, composizione percentuale, analisi per combustione, stechiometria delle miscele.

2A.2 - Reazioni ed equazioni chimiche. Equazioni chimiche e loro bilanciamento; reagente limitante. Resa.
Numero di ossidazione; nomenclatura; categorie principali di composti. Classi di reazioni chimiche: acido-base e ossidoriduzione; bilanciamento delle reazioni redox.

2A.3 - Soluzioni. La concentrazione e le sue espressioni. Preparazione e diluizione di una soluzione. Stechiometria delle reazioni in soluzione. Previsione della solubilità dei soluti nei solventi.

2A.4 - Equilibri acido-base in acqua. Autoionizzazione dell’acqua. Definizione di acidi e basi, la scala del pH; forza di acidi e basi. Calcolo del pH di acidi e basi forti e deboli. Curve di titolazione, soluzioni tampone, indicatori acido-base.

2A.5 - Equilibri di solubilità. Equilibrio eterogeneo: sali poco solubili, solubilità e prodotto di solubilità. Effetto ione comune. Formazione di un precipitato. Precipitazione frazionata. Solubilità e pH.

Nel corso del modulo 2 “Laboratorio di Chimica Generale” verranno svolte esercitazioni numeriche principalmente sugli argomenti trattati nell’unità didattica 2A. Le lezioni frontali e le esercitazioni numeriche saranno integrate da esperienze pratiche in laboratorio, nel corso delle lezioni in aula verranno fornite tutte le nozioni necessarie per la piena comprensione delle relative esperienze.

Testi/Bibliografia

Si consiglia di consultare uno qualsiasi fra i molti testi di chimica (chimica di base, elementi/fondamenti di chimica) a livello universitario. Alcuni suggerimenti:

• A. Credi, A. del Zotto, A. Gasparotto, F. Marchetti, D. Zuccaccia, Viaggio nella Chimica, EdiSES
• I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, Chimica, CEA
• R. Chang, Fondamenti di chimica generale, McGraw Hill
• A. M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio, Fondamenti di chimica, CEA
• P. M. S. Silberberg, Chimica, McGraw Hill
• F. Nobile, P. Mastrorilli, La chimica di base, CEA
• L. Palmisano e altri, Elementi di chimica, Edises

Per una lettura di approfondimento utile e piacevole si segnala:

V. Balzani, M. Venturi, Chimica! Leggere e scrivere il libro della natura, Scienza Express, Trieste, 2012

Il materiale didattico, comprensivo delle slide del corso, è reso disponibile dal docente prima dell'inizio del corso attraverso il repository di Ateneo, https://virtuale.unibo.it/. L'accesso avviene utilizzando le credenziali dell'account @studio.unibo.it. Per agevolare la preparazione alla prova finale, fra il materiale di supporto sono presenti numerosi esercizi e problemi (con e senza svolgimento) della stessa tipologia del compito scritto.

Metodi didattici

Lezioni in aula integrate da esercitazioni numeriche sugli argomenti svolti. Il corso è supportato da attività ed esperienze di Laboratorio di Chimica Generale finalizzate a sperimentare e verificare i contenuti delle lezioni e sviluppare competenze nelle operazioni di base nel laboratorio chimico.

Le attività di laboratorio richiedono frequenza obbligatoria delle esperienze pratiche. Ogni studente è tenuto a produrre un proprio “quaderno di laboratorio” in cui sono descritte e discusse le esperienze svolte che dovrà essere consegnato prima della prova orale. La frequenza verrà accertata mediante firma di un foglio al termine di ogni esperienza di laboratorio. Eventuali deroghe saranno oggetto di valutazione da parte del docente responsabile delle attività pratiche di laboratorio.

Al fine di agevolare l'acquisizione da parte dello studente di un metodo di studio adeguato alle caratteristiche di un corso universitario e facilitare il superamento delle eventuali difficoltà, viene offerta la possibilità di svolgere esercizi in aula in presenza di un tutor didattico selezionato dall'Ateneo. Il compito del tutor è quello di accompagnare gli studenti nella soluzione dei problemi e degli esercizi, e di chiarire i dubbi che dovessero emergere durante lo studio individuale. A tale proposito si ricorda che il docente è sempre disponibile a fornire chiarimenti a margine delle lezioni oppure attraverso il ricevimento.

Si consiglia vivamente di frequentare le lezioni, ma non limitarsi a studiare sulle diapositive e sugli appunti di lezione; è importante completare la preparazione con l'ausilio di un libro di testo. Si consiglia altresì di sfruttare appieno i servizi offerti dal tutor didattico.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene con una prova finale complessiva suddivisa in una parte scritta e una orale. La prova scritta comprende la risposta a quesiti di teoria e la risoluzione di problemi ed esercizi numerici, e viene considerata superata con un punteggio pari o superiore a 18/30. Lo studente ha a disposizione un tempo di due ore e non può avvalersi dell’aiuto di appunti o libri, mentre può utilizzare la tavola periodica e l'elenco delle costanti fondamentali, che saranno forniti in sede d'esame. È necessario presentarsi all'esame muniti di calcolatrice scientifica. Per sostenere la prova d'esame negli appelli stabiliti è obbligatoria l'iscrizione tramite AlmaEsami, nel rispetto inderogabile delle scadenze indicate.

La prova orale si può sostenere solo dopo aver superato quella scritta. Essa ha l'obiettivo di verificare l’acquisizione delle conoscenze previste dagli obiettivi del corso e si riterrà superata dalla corretta risposta alla maggioranza dei quesiti formulati. La durata media della prova orale è di 15-20 minuti; il superamento di quest’ultima porta al voto finale, che viene determinato tenendo conto anche del punteggio ottenuto nella prova scritta. Contribuiscono al voto finale sia il contenuto del modulo di teoria che di quello di laboratorio. Non sono previste prove in itinere.

Si raccomanda agli studenti con DSA o disabilità temporanee o permanenti di contattare in anticipo il servizio di Ateneo, che potrà suggerire agli interessati eventuali adattamenti per l'esame. Questi ultimi dovranno essere sottoposti, almeno 15 giorni prima della data dell'appello, all’approvazione del docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

 

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni vengono svolte con l'ausilio di diapositive Powerpoint e della lavagna.

Sarà nominato un tutor didattico a supporto dell'apprendimento.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Credi

Consulta il sito web di Cristiana Cesari