00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce gli elementi essenziali relativi alla composizione e al comportamento delle varie sostanze che costituiscono l’Universo. In particolare, lo studente è in grado di analizzare criticamente i seguenti argomenti: - la composizione degli oggetti materiali di cui è formato il mondo che ci circonda; - la dipendenza delle proprietà delle sostanze, che osserviamo su scala macroscopica, dalla loro composizione e dalla loro struttura; - la capacità delle sostanze di combinarsi tra loro, o di decomporsi, per dare origine ad altre sostanze

Contenuti

Il corso è organizzato in tre parti, corrispondenti ai seguenti argomenti:

1) caratterizzazione dei componenti fondamentali delle sostanze (atomi);

2) studio delle proprietà chimiche degli atomi, cioè della loro capacità di aggregarsi in modi definiti e costanti per formare l'enorme varietà di sostanze che troviamo nell'Universo (specie chimiche);

3) studio delle trasformazioni delle sostanze, spontanee o provocate dall'uomo, e delle condizioni nelle quali avvengono queste trasformazioni (reazioni chimiche: distruzione di legami tra atomi e formazioni di nuovi legami).

 

PARTE PRIMA: struttura macroscopica e microscopica della materia

La struttura atomica della materia. Composizione degli atomi. Massa atomica e peso atomico. Formule chimiche e peso molecolare. Concetto di mole. Significato qualitativo e quantitativo delle formule chimiche.

La struttura elettronica degli atomi. Modello atomico di Bohr e quantizzazione dell'energia. Natura dualistica dell'elettrone e principio di indeterminazione. Teoria ondulatoria, numeri quantici e orbitali atomici. Livelli energetici per l'atomo di idrogeno. Orbitali atomici negli atomi polielettronici. Principio di esclusione di Pauli e regola di Hund. Configurazioni elettroniche degli atomi (principio dell'aufbau) e classificazione periodica degli elementi chimici (Tavola Periodica). Esercitazione di spettroscopia atomica.

Variazione periodica delle proprietà fisiche degli atomi. Dimensioni atomiche, energia di ionizzazione e affinità elettronica.

PARTE SECONDA: il legame chimico

Il legame chimicoe l'energia del sistema: effetti attrattivi e repulsivi, energia di legame. Classificazione dei legami chimici.

Il legame covalente. Teoria del legame di valenza. Polarità dei legami covalenti, elettronegatività. Stechiometria dei composti covalenti. Geometria molecolare e modello VSEPR. Molecole polari e apolari. Esercitazione sulla geometria molecolare e polarità delle molecole. Teoria degli orbitali molecolari, diagramma dell'energia degli orbitali molecolari di molecole biatomiche omonucleari ed eteronucleari. Configurazioni elettroniche di alcune molecole biatomiche e discussione di alcune loro proprietà (energia e distanza di legame, paramagnetismo e diamagnetismo, ecc.).

Il legame nei solidi. Legame ionico, struttura e proprietà dei composti ionici. Legame metallico e cenni sulla teoria delle bande nei solidi. Conduttori, isolanti e semiconduttori.

Forze di attrazione tra molecole discrete negli stati condensati. Forze di Van der Waals. Legami a idrogeno. Fattori che determinano lo stato di aggregazione di una sostanza.

Andamento periodico delle proprietà dei legami. Relazione tra tipi di legame e posizione degli atomi nella Tavola Periodica. Previsioni sulla natura del legame.

Proprietà chimiche dei vari elementi in relazione alla loro posizione nel sistema periodico. Proprietà chimiche periodiche: capacità di legame, proprietà generali delle specie elementari, dei composti con l'ossigeno (ossidi, idrossidi, ossoacidi) e dei composti con l'idrogeno (idruri). Cenni sui sali. Soluzioni, vari modi di esprimere la composizione di una soluzione. Soluzioni gassose. Solubilità. Soluzioni elettrolitiche.

 

PARTE TERZA. Le reazioni chimiche

Equazioni chimiche: bilanciamento. Energia in gioco nelle reazioni chimiche: energia interna ed entalpia. Spontaneità di un processo chimico: entropia ed energia libera.

Equilibri chimici. Equilibri omogeneei ed eterogenei. Costante di equilibrio e sua dipendenza dalla temperatura. Evoluzione di un sistema chimico (previsioni). Variazione delle concentrazioni all'equilibrio per effetto di cause esterne, principio di Le Chatelier. Scelta delle migliori condizioni di reazione.

Cinetica chimica. Velocità di reazione e fattori che influiscono sulla velocità delle reazioni. Costanti cinetiche, ordine di reazione, tempi di vita. Meccanismi di reazione e stadi elementari. Energia di attivazione e complesso attivato. Catalisi.

Stabilità e inerzia dei sistemi chimici. Esercitazione sulla reattività di alcuni elementi chimici.

ATTIVITA' DI LABORATORIO

 

- Norme generali di sicurezza e di comportamento nel laboratorio chimico

- Descrizione dei principali componenti di vetreria e accessori da laboratorio

- Esperienza 1: spettroscopia atomica

- Esperienza 2: analisi alla fiamma

- Esperienza 3: studio della geometria molecolare mediante modellini

- Esperienza 4: reazioni di ossidoriduzione

- Esperienza 5: reazioni di precipitazione, di spostamento e di complessazione

Testi/Bibliografia

Testi consigliati:

A. M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio, Fondamenti di Chimica (2° ed.), C.E.A, Milano, 2006.

I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, Chimica, C.E.A., Milano, 2004.

L. Moggi, M. Venturi, Chimica Generale ed Inorganica (2° ed.), Corso Ed., Ferrara, 2002.

Testi di consultazione e di approfondimento:

M. Munowitz, Chimica, Zanichelli, Bologna, 2003

P. Chiorboli, Fondamenti di Chimica, UTET, Bologna

P. Atkins, L. Jones, Chimica Generale, Zanichelli, Bologna, 1998

Metodi didattici

Il corso si articola principalmente in lezioni frontali, tenute con l'ausilio di trasparenze. Sono inoltre previste esercitazioni in aula (risoluzione di problemi) ed alcune esperienze in laboratorio (8 ore complessive in laboratorio). Compatibilmente con il tempo a disposizione, verranno approfonditi temi di attualità o di particolare interesse (ad esempio tecnologico) connessi agli argomenti trattati nel corso.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene con l'esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 3 ore senza l'aiuto di appunti o libri, seguita da una prova orale. E' inoltre richiesta la preparazione di una relazione scritta per ciascuna esperienza svolta in laboratorio.

La prova scritta consiste in 5 quesiti e/o esercizi numerici, ciascuno dei quali si riferisce ad un diverso argomento del programma (peso atomico e mole, struttura atomica, proprietà periodiche, legame chimico, formule di Lewis e geometria molecolare, forze intermolecolari e legame nei solidi, stechiometria delle reazioni, termodinamica; è esclusa dalla prova scritta la cinetica chimica).

Alla prova scritta non viene attribuito un voto; essa serve per ottenere l'ammissione alla prova orale. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario svolgere correttamente almeno 3 esercizi su 5. Nel caso di prove scritte non completamente sufficienti, ma con esito molto vicino alla sufficienza, è prevista l'ammissione all'orale “con riserva”. L'ammissione alla prova orale è valida per un anno solare a partire dalla data di superamento della prova scritta; durante questo periodo lo studente potrà sostenere l'esame orale in un qualsiasi appello disponibile.

La prova orale ha una durata media di 30 minuti e consiste in almeno 3 domande sui vari argomenti del corso. In caso di fallimento della prova orale non è richiesta la ripetizione dell'esame scritto, se superato con la sufficienza piena; lo studente si può ripresentare all'orale in un appello successivo, entro i termini di validità della propria prova scritta. Se invece l'ammissione all'orale è stata effettuata “con riserva”, il fallimento della prova orale rende nullo il risultato dell'esame scritto, che deve quindi essere ripetuto.

Alle relazioni di laboratorio non viene attribuito un voto. Tuttavia, se lo studente è assente ingiustificato in laboratorio e/o non consegna le relazioni, il voto finale dell'esame viene abbassato di due punti (2/30); in caso di esito molto positivo non viene conferita la lode.

Il voto finale viene determinato al termine della prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

Le trasparenze utilizzate a lezione sono scaricabili dalla rete (Portale UniBo > Alberto Credi > Insegnamenti > Chimica > Materiale didattico). Nello stesso sito si trovano testi di esercizi, alcuni corredati di soluzione, per consentire un'adeguata preparazione alla prova scritta.

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.photonanolab.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Credi