15750 - FONDAMENTI DI CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha acquisito conoscenza delle proprietà degli elementi e dei principali composti chimici in base alla loro struttura elettronica, dei fattori che caratterizzano le reazioni chimiche e processi elettrochimici di interesse nei processi biochimici. In particolare lo studente è in grado di: comprendere il comportamento chimico dei composti organici, delle macromolecole e dei materiali di interesse biologico.

Contenuti

Struttura atomica della materia .
L'atomo e i suoi costituenti: elettrone, protone, neutrone. Gli elementi: il numero atomico e il numero di massa; gli isotopi. Masse atomiche assolute e relative. La mole ed il numero di Avogadro. I composti. Formula minima, formula molecolare e formula di struttura di un composto. Nomenclatura IUPAC per i composti inorganici più comuni. Principali classi di composti inorganici.

Struttura elettronica degli atomi.
Generalità sulle onde elettromagnetiche. I fotoni. Effetto fotoelettrico. Il principio di indeterminazione e le onde di De Broglie. La meccanica ondulatoria. Numeri quantici e orbitali. L'atomo di idrogeno nella meccanica ondulatoria. La struttura degli atomi polielettronici. Lo spin dell'elettrone: il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund. Le configurazioni elettroniche degli atomi.

La classificazione periodica degli elementi.
La tavola periodica e le proprietà periodiche degli elementi.

Il legame chimico.
Parametri della struttura molecolare. Classificazione dei legami chimici. Il legame ionico e l'energia reticolare. La valenza ionica. Il legame covalente: legami semplici e multipli. Orbitali ibridi e geometria molecolare. Polarità delle molecole. La teoria degli orbitali molecolari. Il legame metallico: la teoria delle bande. I legami deboli.

Le reazioni chimiche .
L'equazione stechiometrica ed il suo significato quantitativo. Tipi di reazioni; le reazioni di ossidoriduzione. Il numero di ossidazione ed il suo calcolo. Bilanciamento delle reazioni di ossidoriduzione. Calcoli stechiometrici.

Gli stati di aggregazione della materia.
Lo stato gassoso: il modello del gas ideale e l'equazione di stato dei gas perfetti, miscele di gas ideali. I gas reali (cenni). Lo stato liquido: le soluzioni; modi di esprimere le concentrazioni delle soluzioni; unità fisiche ed unità chimiche. Calcoli sulle concentrazioni delle soluzioni. Lo stato solido: cristalli ionici, covalenti, molecolari e metallici.
 
Termochimica.
La funzione di stato entalpia. Entalpie di formazione; stati standard ed entalpie standard. Entalpie di combustione. Legge di Hess e sue applicazioni.

Le proprietà colligative . Innalzamento ebullioscopico. Abbassamento crioscopico. Pressione osmotica.

Cinetica chimica.
Definizione della velocità di reazione. Le equazioni cinetiche e gli ordini di reazione. Meccanismi di reazione e molecolarità dei processi elementari. Influenza della temperatura sulla velocità di reazione: l'equazione di Arrhenius. L'energia di attivazione ed il fattore sterico. La catalisi: catalizzatori e inibitori. Proprietà dei catalizzatori: attività, stabilità e selettività. Catalisi omogenea e catalisi eterogenea. Catalisi enzimatica.

Equilibrio chimico.
L'equilibrio chimico dal punto di vista cinetico; la costante di equilibrio K. Varie espressioni di K. Equilibrio nei sistemi omogenei e nei sistemi eterogenei. Spostamento dell'equilibrio. Equilibri in soluzione acquosa. Autoprotolisi dell'acqua. Soluzioni acide, basiche e neutre: il concetto di pH. Gli acidi e le basi. La forza degli acidi e delle basi. Calcoli (di concentrazioni e pH) sugli equilibri ionici in soluzione acquosa: impostazioni esatta ed approssimata. Le soluzioni tampone.

Le reazioni di ossido-riduzione di interesse biologico : il flusso di elettroni per produrre un lavoro biologico. Le pile: generalità sulle pile, tipi di semielementi, rappresentazione schematica di una pila. La serie elettrochimica dei potenziali standard. Fenomeni elettrolitici (cenni).

Biolementi : elementi della materia organica (C, H, O, N, P, S), loro reattività e proprietà chimico-fisiche. Esempi di composti rilevanti nei processi biologici. Cenni sui macro e microelementi.

Chimica organica : idrocarburi: alcani, alcheni, alchini e composti aromatici. Gruppi funzionali : alcooli, eteri, fenoli, aldeidi e chetoni, acidi carbossilici, ammine ed ammidi. Principali reazioni dei composti organici e principi generali dei meccanismi di reazione. Delocalizzazione elettronica e risonanza. Stereoisomeria. Effetti strutturali sulla reattività: effetti induttivi, di risonanza e sterici.

Testi/Bibliografia

1.    R. A. Michelin, A. Munari “Fondamenti di Chimica per le Tecnologie” V ed. CEDAM (PD) (2008).

2.    R. A. Michelin, M. Mozzon, A. Munari “Test ed esercizi di Chimica” V ed. CEDAM (PD) (2009).

3.    W. Brown, T. Poon "Introduzione alla Chimica Organica" III ed. EDISES (Na) (2008)

Metodi didattici

Il corso prevede una parte di teoria ed una parte di esercitazioni; in queste ultime gli studenti verranno guidati nella risoluzione di esercizi riguardanti ad esempio i calcoli stechiometrici, il bilanciamento di reazioni redox e l'equilibrio chimico.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede due prove scritte. Ciascuna di esse prevede una parte costituita da quiz di teoria a risposta multipla (tipicamente da 22 a 28) ed esercizi (in genere 4) su argomenti svolti nelle esercitazioni in aula. Per potere sostenere la seconda prova scritta occorre avere ottenuto un voto sufficiente (almeno 18) nella prima.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, lavagna e lavagna luminosa.
Il materiale didattico è anche disponibile  http://campus.cib.unibo.it

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Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nadia Lotti