00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce le basi della struttura della materia e dei principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione ed è in grado di comprendere, dal punto di vista molecolare, le reazioni chimiche che avvengono nella biosfera ambientale e le relazioni tra struttura, proprietà e reattività delle molecole organiche. In particolare lo studente è in grado di analizzare criticamente le informazioni che riguardano l'ecosfera, possiede le basi per la comprensione dei corsi di biochimica, biologia, genetica, fisiologia e operazioni unitarie delle tecnologie alimentari.

Contenuti

MODULO 1 (Prof. Enrico Rampazzo, 3 CFU - 30h)

Introduzione. Cos’è la Chimica

L'atomo. Teoria atomica. Composizione degli atomi, numero atomico e di massa. Isotopi. Struttura dell'atomo: modello di Bohr. La natura ondulatoria della materia: dualismo onda-particella. La struttura atomica e teorie quantistiche. Orbitali atomici, numeri quantici, spin. Orbitali negli atomi polielettronici e ordine di riempimento. Configurazioni elettroniche degli elementi.

La tavola Periodica. Relazione con le configurazioni elettroniche. Energie di ionizzazione, affinità elettroniche. Dimensioni atomiche

I composti. Formule minime e molecolari. Valenza; grado di ossidazione e sua determinazione.

Nomenclatura di molecole semplici e ioni poliatomici.

Strutture di Lewis di molecole e ioni poliatomici (cariche formali, espansione dell'ottetto). Geometria molecolare in relazione con le formule di struttura (metodo VSEPR). Risonanza. Isomerie.

Peso Atomico, Peso Molecolare e Peso Formula. Mole e numero di Avogadro; determinazione del numero di moli a partire dalla massa di un composto.

Il legame chimico

Legami covalenti. Teoria del Legame di Valenza e teoria degli orbitali molecolari. Ibridizzazione e geometrie molecolari e strutture di Lewis.

Legame ionico. energia reticolare e reticolo cristallino; stechiometria dei composti ionici. Legame metallico (cenni).

Interazioni non covalenti. di Van der Waals, di London, legami a idrogeno.

Stati di aggregazione. Stati di aggregazione della materia: proprietà generali di solidi, liquidi e gas. 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. Esempi di diagrammi di stato (diiodio, anidride carbonica, acqua).

 

MODULO 2 (Prof. Massimo Baroncini, 3 CFU - 30h)

Le soluzioni e le loro proprietà. Generalità. Concentrazione: percento in peso e volume, frazione molare, molalità, molarità, normalità. Solubilità e soluzioni sature. Soluzioni elettrolitiche: elettroliti forti e deboli; grado di dissociazione.

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 meso molecolare di soluti; calcoli stechiometrici.

Le reazioni chimiche. Reazioni ed equazioni chimiche; legge di conservazione di massa e bilanciamento. Reazioni di ossidoriduzione e bilanciamento. Reazioni in soluzione: forma ionica delle loro equazioni. Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche. Pesi equivalenti di ossidanti, riducenti, acidi e basi -Calcoli stechiometrici.

La termodinamica chimica. Introduzione alla Termochimica: le reazioni ed il calore (energia interna, entalpia), le reazioni spontanee (entropia, energia libera), calcolo delle grandezze termodinamiche, studio della variazione dell'energia libera durante il decorso di una reazione.

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.

La cinetica chimica. 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.

Chimica Organica. Richiami su orbitali, struttura elettronica, legame chimico, polarità ed elettronegatività. Definizione di orbitali ibridi e concetti di ibridazione (sp, sp², sp³). Utilizzo delle principali modalità di rappresentazione delle molecole organiche. Acidi e basi secondo Brønsted e Lewis; relazioni tra struttura e forza acido-base. Nucleofili ed elettrofili; concetti generali di reattività in chimica organica e principi di stabilità degli intermedi di reazione (carbocationi, carbanioni, radicali).

Descrizione dei principali gruppi funzionali e delle principali classi di composti organici. Cenni di nomenclatura IUPAC e tradizionale. Idrocarburi: alcani e cicloalcani (struttura, conformazioni, stabilità relativa); alcheni e alchini (legame π, addizioni elettrofile, stereochimica delle reazioni); areni (aromaticità, sostituzioni elettrofile aromatiche). Alcoli e fenoli: acidità, proprietà chimico-fisiche e reazioni tipiche. Tioli: proprietà acido-base e reattività. Ammine: basicità, reattività con acidi e alogenuri, formazione di sali e ammidazione. Alogenuri alchilici: polarità del legame C–X, meccanismi di sostituzione nucleofila e di eliminazione.Gruppo carbonilico e derivati: aldeidi e chetoni (nucleofilicità del carbonile, addizioni nucleofile e reazioni di ossidazione/riduzione); acidi carbossilici (proprietà acido-base, formazione di sali e derivati); esteri e ammidi (meccanismi di idrolisi, condensazione e transesterificazione).

Isomeria in chimica organica: isomeria costituzionale (catena, posizione, gruppo funzionale). Isomeria geometrica (cis/trans, E/Z). Chiralità e centri stereogenici; enantiomeri e diastereoisomeri; proprietà ottiche e attività ottica.

Cenni di chimica biomolecolare: acidi grassi saturi e insaturi (struttura e proprietà); carboidrati (monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi) con particolare attenzione a stereochimica, proprietà e ruolo biologico; amminoacidi e proteine, con richiamo agli amminoacidi naturali, alla struttura e proprietà delle proteine. Proprietà chimiche e reattività di tali composti con riferimento ai legami caratteristici: estere (lipidi), glicosidico (carboidrati) e peptidico (proteine). Richiami alle principali funzioni biologiche di queste molecole.

Testi/Bibliografia

Viene consigliato principalmente di utilizzare il materiale didattico proiettato e gli appunti di lezione (https://virtuale.unibo.it/). 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

- John C. Kotz “CHIMICA”, Ed. Edises

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 che disponessero già 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.

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.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Consistono in un esame finale - che avviene attraverso lo svolgimento di una prova scritta - per accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità acquisite durante il corso. Lo studente ha a disposizione un tempo di 1.5 ore e non può avvalersi dell’aiuto di appunti, dispense o libri, e di nessun tipo di dispositivo elettronico (esclusa la calcolatrice). E' necessario presentarsi all'esame con il seguente materiale: documento di riconoscimento con fotografia (ad es. carta d'identità, badge universitario con foto), calcolatrice, penna nera o blu, una tavola periodica (verrà fornita dal docente nel materiale didattico).

La prova scritta comprende:

- sette domande di teoria su tutti gli argomenti trattati durante il corso;

- tre esercizi numerici, ciascuno su un diverso argomento fra i seguenti trattati nel corso: peso atomico e mole, stechiometria, proprietà colligative, equilibrio chimico, equilibri acido-base in soluzione, pH, idrolisi, tamponi, titolazioni acido-base, equilibri di solubilità

A ciascuna risposta corretta nelle domande di teoria vengono assegnati 2 punti; a ciascun problema numerico viene assegnato un punteggio compreso fra 0 e 6. Il voto finale dello scritto viene calcolato sommando i punteggi ottenuti in tutte le domande e i problemi.

Il punteggio massimo ottenibile nella prova è 32, corrispondente a 30 e lode; l’esame viene superato se viene ottenuto un punteggio di almeno 18.

Durante la prova scritta è consentito l'uso:

- di una tavola periodica degli elementi che NON riporti indicazioni sulla nomenclatura

- di una calcolatrice scientifica

- del materiale per scrivere

- di un foglio formato A4 (f/r) 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 è consentito l'uso di 4 fogli A4 (f/r).

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.

La valutazione della prova finale determina il voto dell’esame; non sono previste prove parziali in itinere.

E’ facoltà dello studente di scegliere se sostenere un colloquio orale per migliorare il voto dello scritto.

Le prove d'esame (sia il compito scritto che l'eventuale prova orale) possono essere sostenute in lingua inglese. Gli studenti che desiderano sostenere l'esame in lingua inglese devono richiederlo per iscritto (email) al docente almeno una settimana prima dell'esame (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://virtuale.unibo.it/), è disponibile il file "0 - Info Corso di Chimica PA" che raccoglie in dettaglio tutte le informazioni necessarie per lo svolgimento delle prove d'esame per la verifica dell'apprendimento.

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti - con un anticipo di 15 giorni - all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

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Agli studenti provenienti dal 'semestre filtro' che si iscriveranno al CdS in Produzioni Animali è richiesta l'integrazione di 2 CFU dell'insegnamento di CHIMICA. L'insegnamento sarà riconosciuto a seguito del superamento di una prova scritta sul programma integrativo seguente: 

1. costruzione di strutture di Lewis di molecole semplici e ioni poliatomici e determinazione della loro geometria molecolare tramite il metodo VSEPR
2. determinazione del numero di moli di un composto a partire dalla sua massa
3. definizioni e calcolo della concentrazione in percento in peso e volume, frazione molare, molalità, molarità, normalità.
4. Soluzioni elettrolitiche: elettroliti forti e deboli, calcolo del grado di dissociazione e del coefficiente di Van’t Hoff di un soluto
5. Calcoli riguardanti le proprietà colligative e sulla determinazione del peso molecolare dei soluti
6. Bilanciamento di reazioni chimiche (anche di ossidoriduzione) e relativi calcoli stechiometrici
7. Calcoli stechiometrici riguardanti equilibri di solubilità (solubilità, effetto dello ione a comune, condizioni di saturazione)
8. Calcoli stechiometrici e determinazione del pH in soluzioni acido-base (acidi e basi forti, acidi e basi deboli, soluzioni tampone).

 

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettori, lavagne interattive e lavagne in aula.

Possibilità di scaricare (https://virtuale.unibo.it/) il materiale didattico di lezione distribuito dal docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Rampazzo

Consulta il sito web di Massimo Baroncini