28625 - FONDAMENTI DI CHIMICA T-A (L-Z)

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

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 articola in lezioni frontali in aula, supportate dalla proiezione di presentazioni PowerPoint.

Per ciascun argomento del programma è previsto lo svolgimento di esercitazioni guidate, finalizzate all’applicazione pratica dei concetti teorici. Gli esercizi proposti saranno analoghi, per tipologia e livello di difficoltà, a quelli presenti nella prova d’esame.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’apprendimento viene verificato tramite un esame finale, finalizzato ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle competenze attese. La prova consiste in un test scritto della durata di 2 ore, da svolgere senza l’ausilio di appunti, libri o altro materiale, ad eccezione di quello eventualmente fornito dal docente. È consentito esclusivamente l’utilizzo di cancelleria e calcolatrice.

La prova scritta include domande teoriche, sia a risposta multipla sia a risposta aperta, oltre a esercizi pratici sugli argomenti trattati durante il corso.

Per sostenere l’esame è obbligatoria l’iscrizione tramite AlmaEsami, entro le scadenze previste. Gli studenti dovranno presentarsi all’esame muniti di un documento di identità valido o del badge universitario; in caso contrario, non sarà possibile accedere alla prova.

Il superamento dell’esame è riservato agli studenti che dimostrino una padronanza concettuale e una competenza operativa adeguata rispetto ai contenuti dell’insegnamento, in particolare in relazione ai seguenti obiettivi didattici:

• comprensione della struttura atomica della materia e delle sue proprietà nei diversi stati di aggregazione;

• conoscenza delle proprietà e della gestione dei principali materiali impiegati nei processi produttivi;

• padronanza dei metodi di risoluzione di problemi di chimica di base.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico presentato durante le lezioni sarà reso disponibile agli studenti in formato elettronico tramite la piattaforma Virtuale.

Tale materiale, anche se può essere integrato con gli appunti presi a lezione, non sostituisce i testi di riferimento, ma rappresenta uno strumento di supporto per l’orientamento, la selezione e la comprensione degli argomenti trattati.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Micaela Vannini