00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento lo studente acquisisce le conoscenze di base della struttura della materia e dei principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione, nonché le basi per comprendere le relazioni tra struttura, proprietà e reattività delle molecole organiche, con particolare riferimento agli aspetti inerenti al verde e al paesaggio. Al termine dell'insegnamento lo studente è in grado di comprendere, dal punto di vista molecolare, le reazioni chimiche che avvengono nella biosfera ambientale, nonché di predire il comportamento di una molecola in funzione della sua struttura. Le conoscenze acquisite in questo insegnamento trovano utilità nella comprensione di quelli di chimica agraria, agrometeorologia ed ecologia agraria, elementi di geopedologia, fitopatologia e fitoiatria, ed arboricoltura ornamentale

Contenuti

Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una buona preparazione nei fondamenti di matematica e fisica, conosce ed è in grado di applicare correttamente le Unità di misura di comune impiego. Conosce inoltre nozioni basilari di chimica generale. Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti impartiti nella Scuola Media Superiore. E' inoltre utile, benché non necessaria, la conoscenza della lingua inglese. 

 

 

PER GLI STUDENTI DEL CdS 8518 SCIENZE FARMACEUTICHE APPLICATE 

Contenuti della unità didattica teorica (ORE DI ATTIVITA' 56.  7 CFU)

1. Riepilogo delle nozioni di base.

a) Nozioni di matematica utili nella soluzione di problemi di chimica generale.

b) La materia e le sue principali proprietà: atomi e molecole

c) Dimensioni di atomi e molecole. Definizione di unità di massa atomica, Pesi atomici e molecolari.

d) Numero di Avogadro, Concetto di mole

2. Struttura e proprietà degli atomi

a) Costituenti degli atomi. Struttura del nucleo. Isotopi. Difetto di massa ed energia di legame nucleare. Decadimenti β-, β+, cattura elettronica. Decadimento α. Radiazioni associate ai decadimenti radioattivi.

b)  Struttura elettronica dell'atomo. Proprietà di onde e particelle. La costante di Planck e la quantizzazione dell'energia Il comportamento duale onda-particella. La relazione di indeterminazione quantistica. Gli elettroni come onde stazionarie.

c) Livelli energetici per l'atomo d'idrogeno e per gli atomi poli elettronici . L'equazione d'onda e i numeri quantici. Configurazione elettronica degli elementi. Il sistema periodico degli elementi. Periodicità delle proprietà chimiche in funzione della configurazione elettronica esterna.

d) Energia di ionizzazione. Affinità elettronica. Elettronegatività.

3. Molecole e legami chimici.

a) Elementi e composti. Formula minima. Formula molecolare Formula di struttura.

b)Nomenclatura dei composti inorganici.

c) Strutture di Lewis e regola dell'ottetto. Formule di risonanza. Numero di carica formale..

d) Legame covalente. Legame covalente polare. Legame ionico. Legami di coordinazione. Legame metallico

e) Struttura elettronica e geometria molecolare. Metodo VSEPR, applicazioni e limiti del metodo.

f) Metodo del legame di valenza: gli orbitali ibridi (sp, sp3, sp2, sp3d, sp3d2) e l'orientazione spaziale dei legami.

g) Metodo degli orbitali molecolari: paramagnetismo e strutture di risonanza.

h) Geometria e polarità delle molecole. Forze intermolecolari. Legame di idrogeno.

4. Reazioni chimiche

a) Tipi fondamentali di reazioni chimiche.

b) Numero di ossidazione. Bilanciamento reazioni redox: metodo schematico e metodo delle semi reazioni.

5. Stati della materia.

a) Gli stati di aggregazione della materia. Proprietà dei gas: Leggi dei gas, Equazione di stato e teoria cinetica dei gas. . Distribuzione di Maxwell-Boltzmann delle velocità e delle energie

b) Proprietà di liquidi e solidi. Trasformazioni di stato e variazioni di energia. Equilibri dinamici e principio di Le Châtelier. Diagrammi di stato.

6. Soluzioni.

a) Miscele e Soluzioni: proprietà di soluzioni ideali e soluzioni reali, coefficienti di attività.

b) Espressioni della concentrazione di soluzioni.

c) Proprietà colligative: variazione dei punti di congelamento ed ebollizione, dialisi ed osmosi. Proprietà colligative di elettroliti.

7. Equilibri

a) Equilibri chimici e reversibilità delle reazioni. Espressione dell'azione di massa. Costanti di equilibrio e calcoli sull'equilibrio.

b) Equilibri omogenei in soluzione acquosa. Equilibri acido-base: Acidi e basi secondo Lewis, Broensted e Lowry. Coppie acido-base coniugate. Definizione di Ka e pKa. Relazione tra Ka e Kb per una coppia coniugata.

c) Prodotto ionico dell'acqua, definizione di pH. pH di soluzioni di acidi e basi forti, deboli, di sali. Indicatori di pH. Soluzioni tampone.

d) Equilibri eterogenei in soluzione acquosa. Solubilità dei sali. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune e del pH sulla solubilità.

e) Equilibri eterogenei liquido-liquido. Costanti di ripartizione.

8. Termodinamica

a) Definizione di sistema aperto, chiuso, isolato. Leggi della termodinamica:

b) Energia interna di un sistema, Entalpia, Entropia, Energia libera, spontaneità delle reazioni. Energia libera ed equilibrio chimico.

9. Cinetica chimica

a) Fattori che influenzano la velocità di reazione, la costante cinetica. Ordine di reazione: reazioni di primo e secondo ordine. Equazioni cinetiche e tempi di dimezzamento. Dipendenza della costante cinetica dalla temperatura e dalla energia di attivazione.

 b) Teoria delle collisioni. Ruolo dei catalizzatori.

10. Elettrochimica

a) Elettrolisi: trasformazioni durante i processi elettrolitici e principali applicazioni.

b) Celle galvaniche: Semi-celle, Potenziali di cella e potenziali di riduzione. Potenziali standard.

c) Spontaneità delle reazioni redox e costanti di equilibrio. Effetto della concentrazione sui potenziali di cella: Legge di Nernst.

 

PER GLI STUDENTI DEL CdS 8523 VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

Corso Integrato costituito da due unità didattiche teoriche e una unità didattica di laboratorio

Contenuti della I unità didattica teorica (Chimica Generale ,Ore di attività: 35,  5 CFU)

Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una buona preparazione nei fondamenti di matematica e fisica, conosce ed è in grado di applicare correttamente le Unità di misura di comune impiego. Conosce inoltre nozioni basilari di chimica generale. Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti impartiti nella Scuola Media Superiore. E' inoltre utile, benché non necessaria, la conoscenza della lingua inglese. 

1. Riepilogo delle nozioni di base.

a) Nozioni di matematica utili nella soluzione di problemi di chimica generale.

b)  La materia e le sue principali proprietà: atomi e molecole

c) Dimensioni di atomi e molecole. Definizione di unità di massa atomica, Pesi atomici e molecolari.

d) Numero di Avogadro, Concetto di mole

2. Struttura e proprietà degli atomi.

a) Costituenti degli atomi. Struttura del nucleo. Isotopi.

b) Struttura elettronica dell'atomo. Il comportamento duale onda-particella. Gli elettroni come onde stazionarie.

c) L'equazione d'onda e i numeri quantici. Configurazione elettronica degli elementi. Il sistema periodico degli elementi. Periodicità delle proprietà chimiche in funzione della configurazione elettronica esterna.

d) Energia di ionizzazione. Affinità elettronica. Elettronegatività.

3. Molecole e legami chimici.

a) Elementi e composti. Nomenclatura dei composti inorganici. Formula di struttura.

b) Legame covalente. Legame covalente polare. Legame ionico. Legami di coordinazione. Legame metallico.

d) Strutture di Lewis e regola dell'ottetto. Formule di risonanza. Numero di carica formale.

e) Struttura elettronica e geometria molecolare. Metodo VSEPR, applicazioni e limiti del metodo.

f) Metodo del legame di valenza: gli orbitali ibridi (sp, sp3, sp2, sp3d, sp3d2) e l'orientazione spaziale dei legami.

g) Metodo degli orbitali molecolari: paramagnetismo e strutture di risonanza.

h) Geometria e polarità delle molecole. Forze intermolecolari. Legame di idrogeno.

4. Reazioni chimiche

a) Tipi fondamentali di reazioni chimiche.

b) Numero di ossidazione. Bilanciamento reazioni redox: metodo schematico e metodo delle semi reazioni.

5. Stati della materia.

a) Gli stati di aggregazione della materia. Proprietà dei gas: Leggi dei gas, Equazione di stato e teoria cinetica dei gas.

b) Proprietà di liquidi e solidi. Trasformazioni di stato e variazioni di energia. Equilibri dinamici e principio di Le Châtelier. Diagrammi di stato.

6. Soluzioni.

a) Miscele e Soluzioni: proprietà di soluzioni ideali e soluzioni reali. Espressioni della concentrazione di soluzioni.

b) Proprietà colligative: variazione dei punti di congelamento ed ebollizione, dialisi ed osmosi. Proprietà colligative di elettroliti.

7. Equilibri

a) Equilibri chimici e reversibilità delle reazioni. Espressione dell'azione di massa. Costanti di equilibrio e calcoli sull'equilibrio.

b) Equilibri omogenei in soluzione acquosa. Equilibri acido-base: Acidi e basi secondo Lewis, Broensted e Lowry. Coppie acido-base coniugate. Definizione di Ka e pKa. Relazione tra Ka e Kb per una coppia coniugata.

c) Prodotto ionico dell'acqua, definizione di pH. pH di soluzioni di acidi e basi forti, deboli, di sali. Indicatori di pH. Soluzioni tampone.

d) Equilibri eterogenei in soluzione acquosa. Solubilità dei sali. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune e del pH sulla solubilità.

e) Equilibri eterogenei liquido-liquido. Costanti di ripartizione.

8. Termodinamica

a) Definizione di sistema aperto, chiuso, isolato. Leggi della termodinamica:

b) Energia interna di un sistema, Entalpia, Entropia, Energia libera, spontaneità delle reazioni.

9. Cinetica chimica

a) Fattori che influenzano la velocità di reazione, Ordine di reazione. Costante cinetica e sua dipendenza  dalla temperatura e dalla energia di attivazione.

b) Teoria delle collisioni. Ruolo dei catalizzatori.

Risultati attesi

Al termine della prima unità didattica lo studente conosce la struttura dell'atomo, le proprietà degli elementi e la loro capacità di formare composti, le strutture molecolari, le reazioni chimiche, gli stati della materia, gli equilibri in soluzione, le proprietà acido-base delle molecole. Dispone quindi delle competenze necessarie per approfondire lo studio dei composti del carbonio, che rappresenta il contenuto della seconda unità didattica teorica.

 

Contenuti della II unità didattica teorica (Chimica Organica, Ore di attività: 18, 3 CFU)

Prerequisiti

Nozioni utili di matematica. Unità di misura di comune impiego. La materia e le sue principali proprietà. Atomi e molecole. Dimensioni di atomi e molecole. Definizione di unità di massa atomica. Pesi atomici e molecolari. Numero di Avogadro, Concetto di mole. Nomenclatura dei composti inorganici. Tali conoscenze e competenze sono erogate dal modulo di chimica generale ed inorganica dello stesso insegnamento.

1. Richiami di chimica generale (modello elettronico dell'atomo, teoria degli orbitali molecolari, ibridazione); Alcani: nomenclatura di alcani lineari, ramificati e ciclici). Alcheni e Alchini: nomenclatura.

2. Stereochimica. Definizione e considerazioni geometriche sugli isomeri, suddivisibili in isomeri di struttura e stereoisomeri, questi ultimi suddivisibili in enantiomeri e diastereoisomeri. Nomenclatura dei centri chirali R-S. Nomenclatura cis-trans. Proprietà chimiche, fisiche ed interazione con la luce polarizzata di enantiomeri e diastereoisomeri. Composti meso e miscele racemiche. Lo studente deve essere in grado di ricavare la chiralità di un carbonio chirale di una molecola scritta secondo la convenzione di Fisher.

3. Correlazione tra caratteristiche delle molecole organiche e i loro punti di fusione ed ebollizione. Correlazione tra le caratteristiche di una molecola e la sua stabilità: il caso delle molecole cicliche.

4. Nomenclatura sistematica IUPAC e di fantasia di alcoli, eteri, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, esteri, ammine, tioli e tioeteri. Gruppo carbonilico e carbossilico. Correlazione tra struttura di una molecola e proprietà acido-base. Lo studente deve essere a conoscenza del ruolo che gioca l'ibridazione dei carboni di queste sostanze sulla loro acidità. Lo studente deve essere a conoscenza di quale sostanza dia origine ai carbocationi, e carbanioni più stabili e deve essere in grado di fornire una interpretazione di questo dato sperimentale.

5. 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. Esercizi su acidità e basicità delle sostanze: effetto induttivo e coniugativo esercitato dal gruppo fenilico e da sostituenti eventualmente presenti su di esso.

6. Gruppi contenenti C=O: nomenclatura e proprietà di acidi carbossilici, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e esteri, saponi e detergenti, grassi e oli. Lo studente deve conoscere quali siano le strutture limite di risonanza necessarie a comprendere la reattività di questo gruppo funzionale. Descrizione della reazione di addizione al carbonio carbonilico da parte di un nucleofilo.

7. Monosaccaridi. Descrizione dei gruppi funzionali. Nomenclatura D e L. Chiusura ad anello. Polisaccaridi. Formazione di glicosidi. Formazione di dimeri. Mutarotazione.

8. Descrizione degli amminoacidi. Nomenclatura D e L degli amminoacidi.

Risultati attesi:

Al termine di questa unità didattica lo studente acquisisce le conoscenze teoriche di base sulla struttura della materia e dei principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione. Lo studente sarà inoltre in grado di predire, a partire dalla struttura, le proprietà e reattività delle molecole organiche.

Contenuti dell'unità didattica di laboratorio. (Ore di attività: 12 )

Allo studente verranno fornite in aula spiegazioni specifiche su come sia possibile impostare un esperimento in laboratorio per mettere in luce particolari proprietà di una sostanza o di un campione di interesse. L'aspetto sul quale si focalizzerà l'attenzione sarà l'effetto induttivo e coniugativo dei gruppi funzionali. In laboratorio lo studente separerà 3 sostanze di diversa acidità attraverso cromatografia su strato sottile (TLC). Lo studente sarà in grado di valutare l'acidità relativa delle sostanze prese in esame alla luce del'effetto induttivo e coniugativo dei gruppi funzionali presenti al loro interno. Allo studente verranno proposti alcuni metodi per recuperare le sostanze stesse in vista di successive caratterizzazioni.

Risultati attesi.

Al termine di questa unità didattica lo studente avrà maturato l'esperienza necessaria per cogliere le implicazioni pratiche delle nozioni apprese nella prima unità didattica.

 

 

Testi/Bibliografia

La consultazione di libri di testo di livello universitario è imprescindibile. Allo scopo si segnalano:

Per il: CdS 8518 SCIENZE FARMACEUTICHE APPLICATE 

-P. Atkins, L. Jones, “Principi di chimica” Zanichelli;

-J. E. Brady, J. R. Holum, “Fondamenti di chimica”, Zanichelli.

-J. Kotz, P. Treichel, G Weaver, “Chimica”, EdiSES.

-R. Chang, “Fondamenti di Chimica Generale”, McGraw-Hill

-N.J. Tro, “Chimica, un approccio molecolare”, EdiSES.

CdS 8523 VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

-P. Atkins, L. Jones, “Principi di chimica” Zanichelli;

-J. E. Brady, J. R. Holum, “Fondamenti di chimica”, Zanichelli.

-J. Kotz, P. Treichel, G Weaver, “Chimica”, EdiSES.

-R. Chang, “Fondamenti di Chimica Generale”, McGraw-Hill

-N.J. Tro, “Chimica, un approccio molecolare”, EdiSES.

McMurray, "Chimica Organica", Zanichelli;

Solomons, "Chimica Organica", Zanichelli.

 

Metodi didattici

CdS 8518.Scienze Farmaceutiche Applicate  

il Corso consiste in una unica unità didattica teorica che si svolgerà con lezioni frontali che illustreranno le basi  teoriche dei vari argomenti ed esercizi di applicazione delle nozioni apprese.

 

CdS 8523 VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

Il Corso è costituito da due Moduli integrati.

- Chimica Generale : il Modulo consiste in una unica unità didattica teorica che si svolgerà con lezioni frontali che illustreranno le basi  teoriche dei vari argomenti ed esercizi di applicazione delle nozioni apprese

-Chimica Organica: Il Modulo si suddivide in due unità didattiche: la prima, teorica, è costituita da lezioni frontali accompagnate da esercizi di applicazione delle nozioni presentate.  La seconda unità didattica prevede attività di laboratorio volta ad approfondire da un punto di vista sperimentale alcuni aspetti degli argomenti trattati a lezione.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

CdS 8518. SCIENZE FARMACEUTICHE APPLICATE

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame finale che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore, con la possibilità di consultare appunti di lezione o libri. La prova scritta consiste di esercizi numerici relativi all'applicazione delle nozioni apprese durante il corso e di un gruppo di domande sulle basi teoriche dei diversi argomenti del programma.Gli studenti che superano la prova scritta con votazione da 18/30 a 30/30 possono chiedere la verbalizzazione di tale risultato, che rimane valido per 12 mesi, salvo il caso che lo studente ripeta la prova scritta. Diversamente possono chiedere di migliorare tale risultato sostenendo una prova orale. Tale possibilità verrà offerta anche agli studenti che hanno ottenuto nella prova scritta una votazione non sufficiente ma non inferiore a 15/30. La prova orale trarrà spunto dagli argomenti affrontati nella prova scritta e servirà per una più precisa valutazione del livello di preparazione dello studente.

 

CdS 8523 VERDE ORNAMENTALE E TUTELA DEL PAESAGGIO

 La verifica dell'apprendimento verrà effettuata solo al termine delle lezioni di entrambi gli insegnamenti (Chimica Generale e Chimica Organica) ma in momenti e con modalità distinti.

Chimica Generale: La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame finale che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore, con la possibilità di consultare appunti di lezione o libri. La prova scritta consiste di esercizi numerici relativi all'applicazione delle nozioni apprese durante il corso e di un gruppo di domande sulle basi teoriche dei diversi argomenti del programma.Gli studenti che superano la prova scritta con una votazione non inferiore a 18/30 potranno utilizzare tale risultato,  che rimane valido per 12 mesi salvo il caso che lo studente ripeta la prova scritta, per mediarlo con quello della verifica sul secondo modulo (Chimica Organica) per la determinazione del risultato complessivo del corso integrato. Gli studenti che non raggiungono la sufficienza ma hanno ottenuto un punteggio non inferiore a 15/30 possono migliorare tale risultato tramite una prova orale che trarrà spunto dagli argomenti affrontati nella prova scritta e servirà per una più precisa valutazione del livello di preparazione dello studente.

Chimica Organica:  la verifica verrà effettuata solo al termine delle lezioni di tutti gli insegnamenti menzionati e consiste in una prova orale di 3 quesiti che spaziano sull'intero arco degli argomenti toccati durante le lezioni.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettori, lavagne luminose in aula.

Distribuzione di eventuali fotocopie integrative e possibilità di scaricare i file di lezione dal sito contenente il materiale didattico del docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elida Nora Ferri

Consulta il sito web di Luca Laghi