00130 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente è in grado di: - conoscere i principi della chimica generale: relazione tra struttura e proprietà chimico-fisiche; - sapere distinguere la tipologia delle reazioni acido-base e ossidoriduttive; - saper scrivere e bilanciare le reazioni chimiche; - conoscere i principi della termodinamica e della cinetica chimica; - conoscere i principi generali dell'elettrochimica e saper spiegare con essi i fenomeni di corrosione dei metalli.

Contenuti

ORIENTARSI NEL CORSO

Il corso integrato di CHIMICA (codice 27301) è diviso in due moduli, quello di Chimica Generale ed Inorganica (Modulo I) e quello di Chimica Organica (Modulo II).

Il MODULO I è erogato ai soli studenti di TECNICHE DELLA PREVENZIONE NELL’AMBIENTE E NEI LUOGHI DI LAVORO (TPALL), per cui nelle sezioni seguenti si troveranno tutte le informazioni su di esso.

Il MODULO II fa parte del CdL di SCIENZE E TECNOLOGIE PER IL VERDE E IL PAESAGGIO (STVP) e gli studenti di TPALL partecipano ad esso grazie ad una mutuazione. Per leggere la guida dello studente relativa al modulo II è perciò necessario consultare la pagina www.unibo.it/it/didattica/insegnamenti/insegnamento/2023/470428 e cercare le informazioni circa il modulo II.

CONTENUTI MODULO I

UNITA' DIDATTICA 1 - LA STRUTTURA

1.1 L'approccio chimico allo studio della Natura

La chimica, scienza centrale - Il linguaggio della chimica - Trasformazioni fisiche e chimiche - Composizione degli atomi, numero atomico e di massa, isotopi

1.2 La natura atomica e molecolare della materia

Peso atomico - Formule chimiche - Formula molecolare e formula minima - La mole - Massa molare

1.3 La struttura dell'atomo

Modello dell'atomo di idrogeno - Orbitali atomici, numeri quantici, spin - Orbitali negli atomi polielettronici - Configurazioni elettroniche degli elementi - Proprietà periodiche e relazione con le configurazioni elettroniche

1.4 Il legame chimico

Concetti generali - Legame covalente: formule di Lewis, geometria molecolare (modello VSEPR), polarizzazione dei legami, orbitali ibridi, cenni agli orbitali molecolari - Legame ionico: energia reticolare e proprietà dei composti ionici - Legame metallico - Forze intermolecolari: interazioni di Van der Waals, legame a idrogeno

1.5 Gli stati di aggregazione

Proprietà di gas, liquidi e solidi - I gas: equazione di stato dei gas ideali, miscele di gas - I liquidi: evaporazione e tensione di vapore - I solidi cristallini e anisotropi - Forme allotropiche - Diagrammi di stato e cambiamenti di fase

UNITA' DIDATTICA 2 - LE TRASFORMAZIONI

2.1 Le reazioni chimiche

Equazioni chimiche e bilanciamento - Reagente limitante - Numero di ossidazione e reazioni di ossidoriduzione - Nomenclatura dei composti binari - Cenni alle proprietà di ossidi, idruri, idrossidi e sali - Esercizi

2.2 Termodinamica chimica

Energia interna, calore e lavoro - Il primo principio della termodinamica - Entalpia ed entropia - Il secondo principio della termodinamica - Energia libera e spontaneità delle reazioni - Calcolo dell'entalpia e dell'energia libera di reazione

2.3 Soluzioni

Proprietà e preparazione di una soluzione - Espressioni della concentrazione - Proprietà colligative: abbassamento della tensione di vapore, abbassamento crioscopico, innalzamento ebullioscopico, pressione osmotica - Esercizi

2.4 L'equilibrio chimico

Equilibrio in fase gas ed eterogeneo - Costante di equilibrio e quoziente di reazione - Effetto di parametri chimici e fisici sull'equilibrio; il principio di Le Chatelier - Interpretazione termodinamica dell'equilibrio: relazione fra deltaG° e K - Esercizi

2.5 Acidi e basi in soluzione acquosa

Teoria di Bronsted e Lowry; acidi e basi coniugati - Autodissociazione dell'acqua - Il pH - Acidi e basi forti e deboli - Grado di dissociazione - Acidi poliprotici - Idrolisi - Soluzioni tampone - Titolazioni - Esercizi

2.6 Equilibri di solubilità

Sali poco solubili - Kps e solubilità - Precipitazione - Effetto dello ione comune - Esercizi

2.7 Elettrochimica

Reazioni redox ed elettricità - Le celle galvaniche: forza elettromotrice, potenziali di riduzione, equazione di Nernst - Celle elettrolitiche - Corrosione dei metalli

2.8 Cinetica chimica

Velocità di reazione - Equazione cinetica - Meccanismo di reazione - Legge di Arrhenius - Energia di attivazione - Catalisi omogenea, eterogenea ed enzimatica - Stabilità e inerzia di un sistema chimico

 

CONTENUTI MODULO II

• Rappresentare la struttura delle molecole organiche in modo esteso, condensato, con aste e sfere, a cunei e tratteggi, secondo Newman e mediante le proiezioni di Fisher.
• Introduzione al concetto di gruppo funzionale. Introduzione all’idea di base della IUPAC per nominare in modo sistematico le molecole organiche: suffisso per il gruppo funzionale, parte centrale per la catena carboniosa più lunga, prefisso per il resto.
• Alcani: nomenclatura di alcani lineari, ramificati e ciclici). Alcheni e Alchini: nomenclatura.
• Stereochimica: Definizione e considerazioni geometriche sugli isomeri, suddivisibili in isomeri di struttura e stereoisomeri, questi ultimi suddivisibili in isomeri geometrici ed ottici, questi ultimi a propria volta suddivisibili in enantiomeri e diastereomeri. Regole di Cahn, Ingold e Prelog per nomenclatura dei centri chirali R-S. Nomenclatura cis-trans. Proprietà chimiche e fisiche degli isomeri; interazione con la luce polarizzata di enantiomeri e diastereoisomeri. Composti meso e miscele racemiche. Individuazione della chiralità di un carbonio chirale di una molecola rappresentata secondo la convenzione di Fisher.
• Stabilità delle molecole ed utilizzo della bomba calorimetrica e delle reazioni di combustione e di idrogenazione. Nesso tra struttura e stabilità delle molecole. Tensione d’anello negli alcani ciclici. Sovrapposizione degli orbitali pi degli alcheni individuabile mediante risonanza. Effetto dell’ingombro sterico sulla stabilità.
• Molecole come dipoli permanenti o temporanei. Legami chimici secondari: dipolo (permanente)-dipolo(permanente), dipolo temporaneo-dipolo temporaneo, legame a ponte di idrogeno; Correlazione tra caratteristiche delle molecole organiche e le loro temperature di ebollizione e di fusione.
• Nomenclatura sistematica IUPAC e tradizionale, cioè di fantasia, di alcoli, eteri, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, esteri, ammine, tioli e tioeteri. Gruppo carbonilico e carbossilico.
• Come gruppi funzionali e struttura di una molecola influenzano le sue proprietà acido-base. Effetto induttivo e coniugativo. Ruolo dell'ibridazione dei carboni sulla acidità di queste sostanze. Confronto della acidità di due sostanze a partire dalla stabilità delle rispettive basi coniugate.
• Benzene e aromaticità: descrizione del fenomeno della aromaticità - derivati del benzene - risonanza nei derivati del benzene - effetti coniugativi e induttivi dei gruppi sostituenti - effetto del sostituente sulle proprietà acido base di alcune molecole aromatiche. Acidità e basicità delle sostanze: effetto induttivo e coniugativo esercitato dal gruppo fenilico e da sostituenti eventualmente presenti su di esso.
• Monosaccaridi. Descrizione dei gruppi funzionali. Nomenclatura D e L. Chiusura ad anello. Polisaccaridi. Formazione di glicosidi. Formazione di dimeri. Mutarotazione.
• Descrizione degli amminoacidi. Nomenclatura D e L degli amminoacidi.

 

Testi/Bibliografia

MODULO I

Qualsiasi testo di chimica (chimica di base, elementi/fondamenti di chimica) a livello universitario. Alcuni possibili suggerimenti fra i tanti:

• Silbeberg, Amateis, Licoccia, CHIMICA - La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni, McGraw Hill.
• Petrucci, Herring, Madura, Bisonette, CHIMICA GENERALE - Principi ed applicazioni moderne, PICCIN.
• Credi, Del Zotto, Gasparotto, Marchetti, Zuccaccia, Viaggio nella Chimica, EdiSES, 2023.
  

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

MODULO II

Il materiale didattico fornito dal docente rappresenta solo una traccia degli argomenti trattati durante le lezioni. La consultazione di libri di testo di livello universitario è imprescindibile.

Libro preferito - Wade, "Fondamenti di Chimica Organica", Piccin. Sul “Virtuale” del corso verrà indicato nel modo più dettagliato possibile quali capitoli e/o paragrafi trattano i medesimi argomenti trattati a lezione.

Altri alternativi, comunque davvero ben fatti - McMurray, "Chimica Organica", Zanichelli; Solomons, "Chimica Organica", Zanichelli.

Metodi didattici

MODULO I

Lezioni frontali con esercitazioni numeriche sugli argomenti svolti. Le lezioni vengono svolte con l’ausilio di presentazioni powerpoint e della lavagna.

Compatibilmente con il tempo a disposizione, verranno approfonditi temi di attualità o di particolare interesse (ad esempio tecnologico) connessi agli argomenti trattati nel corso.

Per trarre il massimo profitto dal corso e per facilitare la preparazione all'esame, si sottolinea l'importanza di frequentare le lezioni con regolarità.

MODULO II

Lezioni frontali accompagnate da esercizi di applicazione delle nozioni presentate.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

MODULO I

La verifica dell’apprendimento avviene con una prova finale scritta che consiste nella risposta a quesiti e nella risoluzione di problemi numerici. Lo studente ha a disposizione un tempo di un'ora e non può avvalersi dell'aiuto di appunti o libri, mentre può utilizzare la tavola periodica e l'elenco delle costanti fondamentali distribuiti insieme alle dispense del corso. E' necessario presentarsi all'esame muniti di calcolatrice scientifica.

La prova scritta comprende:

• otto quesiti teorici a risposta multipla (4 opzioni) su tutti gli argomenti trattati nelle unità didattiche;
• quattro semplici esercizi numerici a risposta aperta, ciascuno su un diverso argomento fra i seguenti trattati nel corso: peso atomico e mole, bilanciamento di reazioni chimiche e relativi calcoli stechiometrici, reagente limitante, concentrazione delle soluzioni, proprietà colligative, calcolo del pH di acidi e basi forti e deboli, solubilità.

Attribuzione del punteggio:

• quesiti a risposta multipla: risposta corretta, 2 punti; risposta errata, -1 punto; risposta mancante, 0 punti;
• esercizi numerici: risposta corretta, 4 punti; risposta errata o mancante, 0 punti.

Il voto finale dello scritto viene calcolato sommando i punteggi ottenuti in tutte i quesiti e gli esercizi. 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.

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

Lo studente può scegliere di sostenere una prova orale opzionale ad integrazione della prova scritta, il cui esito concorrerà a definire la valutazione finale. La prova orale opzionale può essere sostenuta solamente se si supera la prova scritta.

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.

MODULO II

Durante la prova orale lo studente affronterà gli argomenti trattati a lezione (disponibili nei testi consigliati per lo studio e nel materiale didattico presentato) e sarà valutato sulla base dei seguenti criteri: (i) conoscenza, comprensione e approfondimento degli argomenti trattati; (ii) capacità critica ed espositiva; (iii) correttezza di linguaggio tecnico-scientifica. La prova orale potrà avere un punteggio massimo di 30 punti, eventualmente con lode. Lacune formative, assenza di capacità elaborativa originale, e/o linguaggio inappropriato – seppur in un contesto di conoscenze minimali del materiale d'esame - condurranno a un voto insufficiente.

Gli appelli vengono proposti nell’ambito delle apposite finestre definite nell’ambito del Corso di studi e gli studenti possono prenotarsi per la prova orale di esame esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema online “AlmaEsami”.

Strumenti a supporto della didattica

Le diapositive utilizzate a lezione vengono rese disponibili in formato PDF sulla piattaforma virtuale.unibo.it [http://https//virtuale.unibo.it] prima dell’inizio delle lezioni. Per seguire al meglio le spiegazioni, gli studenti sono invitati a frequentare le lezioni disponendo di una copia stampata delle diapositive.

Nello stesso archivio si trovano:

• tavola periodica e costanti fondamentali (da usare all'esame);
• un elevato numero di domande e testi di esercizi, alcuni corredati di soluzione, per consentire un’adeguata autovalutazione e preparazione alla prova scritta;
  
• risposte alle domande più frequenti sul corso e sull'esame, dove lo studente può trovare tutte le informazioni pratiche necessarie per affrontare in modo consapevole il corso e la prova finale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Daniele Cortecchia