00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell’insegnamento lo studente conosce la struttura della materia e i principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione ed è in grado di comprendere le proprietà strutturali e funzionali di molecole coinvolte nei cicli degli elementi nella biosfera agro-ambientale

Contenuti

Il corso è diviso in 2 moduli tenuti da due diversi docenti:

Prof. Nelsi Zaccheroni, modulo di 6 crediti (60 ore), Chimica
Prof. Enrico Rampazzo, secondo modulo 2 crediti (20 ore), Fondamenti di chimica organica

 

I docenti copriranno in maniera esaustiva e senza discontinuità il programma riportato qui sotto, per chiarezza, in maniera compatta.

Premessa

Limitazioni delle misure sperimentali.

L'atomo

Teoria atomica - Composizione degli atomi, numero atomico e di massa – Isotopi e PA - Struttura dell'atomo: modello di Bohr – La natura ondulatoria della materia: dualismo onda-particella. La struttura atomica e teorie quantistiche - Orbitali atomici, numeri quantici, spin. - Orbitali negli atomi polielettronici e ordine di riempimento - Configurazioni elettroniche degli elementi. - Tavola Periodica: relazione con le configurazioni elettroniche- Energie di ionizzazione; affinità elettroniche; Dimensioni atomiche

I composti

Formule minime e molecolari – Valenza; grado di ossidazione e sua determinazione. Nomenclatura. Strutture di Lewis di molecole e ioni poliatomici (cariche formali, espansione dell'ottetto). - Geometria molecolare in relazione con le formule di struttura (metodo VSEPR) – Risonanza - Isomerie - PM e PF - Mole e NA; massa molare e numero di moli. -

Il legame chimico

Concetti generali - Legame ionico: energia reticolare e reticolo cristallino; stechiometria dei composti ionici. Legami covalenti: teoria del Legame di Valenza  e teoria degli orbitali molecolari. Ibridizzazione e geometrie molecolari e strutture di Lewis.

Legame metallico- Interazioni molecolari: di Van der Waals, di London, legami a idrogeno.

Stati di aggregazione

Stati di aggregazione della materia: proprietà generali di solidi, liquidi e gas. Relazione tra P, T e V nei gas; modello teorico dei gas; equazione di stato. Deviazioni dalla legge dei gas ideali - Miscele di gas ideali; pressioni parziali. - Cambiamenti di stato- Diagrammi di stato.

Soluzioni

Generalità - Concentrazione: percento in peso e volume, frazione molare, molalità, molarità, normalità - Solubilità e soluzioni sature - Soluzioni elettrolitiche: elettroliti forti e deboli; grado di dissociazione - Caratteristiche di soluzioni ideali, diluite e concentrate. - Cambiamenti di stato delle soluzioni liquide: leggi di Raoult e di Henry - Osmosi e pressione osmotica. - Proprietà colligative e determinazione del PM di soluti; calcoli stechiometrici.

Reazioni chimiche

Reazioni ed equazioni chimiche; legge di conservazione di massa e bilanciamento - Reazioni di ossidoriduzione e bilanciamento. - Reazioni in soluzione: forma ionica delle loro equazioni- Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche - Pesi equivalenti di ossidanti, riducenti, acidi e basi -Calcoli stechiometrici.

Termodinamica

Introduzione alla Termochimica: le reazioni ed il calore (energia interna, entalpia), le reazioni spontanee (entropia, energia libera), calcolo delle grandezze termodinamiche, studio della variazione dell'energia libera durante il decorso di una reazione.

Cinetica chimica

Introduzione alla Cinetica Chimica: velocità di reazione; equazioni cinetiche; ordine di reazione; costanti cinetiche e fattori che le influenzano.- Meccanismi di reazione e stadi elementari. Complesso attivato, energia di attivazione- Catalisi omogenea ed eterogenea.

Equilibri chimici

Reazioni complete ed incomplete; equilibri chimici - Quoziente di reazione; legge di azione di massa; costante di equilibrio - Equilibri omogenei ed eterogenei. Solubilità e prodotto di solubilità. - Effetto di pressione, volume, quantità di reagenti e prodotti sugli equilibri - Effetto del calore e della temperatura sugli equilibri - Principio di Le Chatelier. - Equilibri simultanei. - calcoli stechiometrici.

Acidi e basi

Teoria protonica degli acidi e delle basi; acidi e basi coniugati. Reazioni di autoprotolisi; prodotto ionico dell'acqua. - Determinazione della forza di acidi e di basi: Ka e Kb e classificazione. Acidi e basi poliprotici. - Relazione tra struttura molecolare e proprietà acido-base. Proprietà acido-base di ioni. - Acidità e basicità di soluzioni acquose: pH e pOH. - Reazioni tra acidi e basi. Acidità e basicità di soluzioni di sali. Reazioni tra acidi e sali o basi e sali. - Proprietà delle soluzioni tampone- Calcoli stechiometrici.

Elementi di chimica inorganica

Posizione  nella Tavola Periodica, configurazione elettronica, principali gradi di ossidazione, proprietà acido-base e redox dei principali elementi. Introduzione ai composti di coordinazione.

Fondamenti di Chimica Organica - Chimica delle Biomolecole

Richiami su orbitali, struttura elettronica, legame chimico, polarità ed elettronegatività. Definizione di ibridi e concetti di ibridazione. Acidi, basi, nucleofili ed elettrofili.

Verranno descritti brevemente i principali gruppi funzionali e le principali classi di composti organici, con la loro nomenclatura: alcani, alcheni, alchini, areni, alcoli, alogenuri, aldeidi, chetoni, fenoli, tioli, ammine, acidi carbossilici, esteri, ammidi, anidridi, alogenuri acilici. Riferimenti alla formula bruta, alla rappresentazione delle strutture e a concetti di isomeria e stereochimica.

Introduzione alla struttura ed alle proprietà di alcune biomolecole: amminoacidi, legame peptidico e proteine. Lipidi: Grassi, oli, saponi. Fosfolipidi. Steroidi. Membrane biologiche. Cenni alla composizione ed alla struttura del legno e degli acidi umici.

Testi/Bibliografia

Qualsiasi testo UNIVERSITARIO di Chimica Generale è adatto  allo studio del corso.
Alcuni suggerimenti tra le molte possibilità: 
- R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette "CHIMICA GENERALE, Principi ed applicazioni moderne”, Ed. PICCIN.
- A. Peloso, F. Demartin, "Fodamenti ed esercizi di Chimica Generale ed Inorganica", Ed. Progetto Padova.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula, con presentazioni power point.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Gli studenti dovranno sostenere una prova scritta della durata di 2 ore e 30 minuti. La prova d'esame sarà costituita dall'insieme di: 
- tre esercizi numerici (bilanciamento di una reazione di ossido-riduzione, equilibri acido-base, proprietà colligative): ad ogni esercizio corrisponderà un massimo di 6 punti. 
- quattro domande (definizioni, proprietà, nomenclatura e struttura VSEPR): ad ogni domanda corrisponderà un massimo di 3 punti.

Il superamento della prova scritta avviene con voto superiore o uguale a 18/30. Gli studenti che desiderassero migliorare il risultato della prova scritta, possono (l'orale non è obbligatorio) sostenere una prova orale che riguarderà gli argomenti presentati durante il corso.

NB: alla prova scritta gli studenti si dovranno presentare muniti di un documento di identità. Durante la prova scritta è consentito l'uso della tavola periodica degli elementi e di una calcolatrice scientifica. Non è consentito l'uso di libri di testo, appunti, dispense.

Sarà severamente proibito l'utilizzo di telefoni cellulari in aula (anche solo come calcolatrice).

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 dei vari docenti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nelsi Zaccheroni

Consulta il sito web di Enrico Rampazzo