Programma
Elementi, Sostanze e Calcoli Stechiometrici
Particelle fondamentali in un atomo. Numero atomico e numero di massa.
Nuclidi, isotopi ed elementi. Massa atomica relativa di un nuclide e
di un elemento. Mole. Sostanze, formule molecolari ed unità di
formula. Masse molecolari relative e masse formali relative.
Composizione elementare di un composto e sua formula minima. Quantità di
sostanza e costante di Avogadro. Massa molare. Rappresentazione
quantitativa di una reazione chimica. Reagenti in proporzioni
stechiometriche, in difetto ed in eccesso.
Struttura elettronica degli Atomi e Classificazione Periodica degli Elementi
La scoperta dell'elettrone, del protone e del neutrone e loro
caratteristiche. Modello ondulatorio - corpuscolare della luce. Spettri
atomici. Spettro di emissione del corpo nero. Effetto fotoelettrico. Il
modello quantistico di Bohr dell'atomo di idrogeno. Principio di
indeterminazione di Heisenberg. Formula di De Broglie. Modello
quantistico-ondulatorio dell’atomo di idrogeno: orbitali e loro forma.
Struttura elettronica di atomi polielettronici: principio di esclusione
di Pauli e della massima molteplicità (o di Hund). Classificazione
periodica degli elementi: Energia di ionizzazione, affinità elettronica e carattere metallico di un elemento.
Teoria elementare del legame chimico - Strutture e Geometrie Molecolari
Legame atomico (o covalente). Raggio atomico. Legami atomici semplici,
doppi e tripli. Legami atomici dativi (o di coordinazione). Polarità
nei legami atomici. Molecole polari e non: momento dipolare.
Elettronegatività degli elementi. Strutture di Lewis. Risonanza. Legami
ad elettroni delocalizzati. Legame ionico: energia reticolare. Teoria
del legame di valenza. Orbitali ibridi. Teoria VSEPR. Forze
intermolecolari: dipolo-dipolo, legame a idrogeno, forze di dispersione
di London.
Stati di Aggregazione della Materia
Stato
gassoso. Proprietà macroscopiche dei gas. Gas ideale ed equazione di
stato. Miscugli gassosi: frazioni molari, pressioni parziali, massa
molecolare (media).
Stato solido. Proprietà macroscopiche dei solidi.
Stato liquido. Proprietà macroscopiche dei liquidi. Soluzioni (liquide):
passaggio in soluzione di una specie gassosa, solida o liquida.
Concentrazione dei soluti, diluizione e mescolamento di soluzioni.
Energetica delle trasformazioni fisico-chimiche
Sistemi termodinamici: stato di equilibrio, trasformazioni reversibili
ed irreversibili. 1° Principio della termodinamica. Il calore nelle
trasformazioni a volume costante ed in quelle a pressione costante: la
funzione di stato entalpia. Effetto termico nelle reazioni chimiche:
equazione termochimica. Stati standard delle sostanze. Entalpia molare
standard di formazione. Additività delle equazioni termochimiche (Legge
di Hess). La funzione di stato entropia. La funzione di stato energia
libera (o funzione di Gibbs). Criteri di spontaneità e di equilibrio
nelle reazioni chimiche e nelle trasformazioni di fase. Energia libera e
lavoro utile.
Equilibri tra fasi diverse di sostanze chimicamente non reagenti
Sistemi ad un solo componente
Equilibri tra fasi diverse di una stessa sostanza: equazione di
Clausius-Clapeyron. Diagramma di stato dell'acqua, del diossido di
carbonio.
Sistemi a due componenti
Equilibrio miscuglio liquido-vapore: legge di Raoult e relativi
diagrammi isotermi e isobari di soluzioni ideali e non (deviazioni
positive e negative); distillazione.
Regola delle fasi e sue applicazioni a sistemi ad uno o più componenti chimicamente non interagenti.
Composizione delle soluzioni e loro proprietà
Espressioni della concentrazione delle soluzioni. Solubilità e soluzioni
sature. Proprietà colligative: abbassamento della pressione di vapore
di un solvente, Crioscopia, Ebullioscopia, Osmosi.
Cinetica Chimica: generalità
Velocità di reazione. Meccanismo di reazione: reazioni elementari e
reazioni a più stadi. Legge cinetica. Influenza della temperatura sulla
velocità di reazione: energia di attivazione. Teoria dello stato di
transizione e complesso attivato. Catalisi omogenea ed eterogenea.
Equilibri di reazione in sistemi omogenei ed eterogenei
Generalità sugli equilibri chimici omogenei ed eterogenei. Costante
standard di equilibrio di una reazione omogenea e/o eterogenea.
Influenza della variazione di composizione o della pressione totale
sull' equilibrio a temperatura costante. Influenza della temperatura
sull'equilibrio: equazione di van't Hoff. Applicazioni della regola
delle fasi a sistemi a più componenti chimicamente interagenti
all'equilibrio.
Equilibri ionici in soluzione acquosa
La legge dell'equilibrio chimico per reazioni in soluzione. Costante
standard di una reazione in soluzione. La reazione di autoionizzazione
dell'acqua e la sua costante standard. Soluzioni neutre, acide e
basiche: pH. Elettroliti a struttura non ionica e ionica: acidi e basi,
sali ed anfoliti. Composizione di equilibrio. Calcolo del pH di
soluzioni diluite di soluti costituiti da sali, acidi e basi
monoprotiche e di soluzioni ottenute dal mescolamento di soluzioni
acido-forte/base forte, acido debole/base forte e base forte/acido
debole. Soluzioni tampone. Equilibri in soluzioni sature di composti
poco solubili. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione a comune.
Stati di Ossidazione degli Elementi e Reazioni Redox
Stato di ossidazione di un elemento in un composto. Variazione dello
stato di ossidazione di un elemento: ossidazione, riduzione e reazioni
redox (in soluzione acquosa). Bilanciamento di equazioni chimiche redox
con il metodo ionico-elettronico.
Potenziali elettrochimici e fenomeni di corrosione
Semireazioni redox e loro bilanciamento con il metodo ionico-elettronico.
Possibilità di conversione di "energia chimica" in "energia elettrica" e
viceversa in dispositivi elettrochimici. Potenziale e potenziale
standard di un semielemento galvanico. Tabella dei potenziali standard
di riduzione di coppie redox e sue applicazioni. elettrolisi.
Elettrolisi di H2O e in sali fusi. Raffinazione elettrolitica dei
metalli (Cu). Corrosione dei metalli (meccanismo galvanico e per
aerazione differenziale) e passivazione. Metodi di protezione dalla
corrosione.
Prerequisiti
E’ importante possedere le seguenti conoscenze preliminari:
• Concetti fondamentali di algebra elementare, uso di potenze e logaritmi, metodi per la risoluzione di equazioni di primo e secondo grado e di sistemi di equazioni lineari. Elementi di analisi matematica (limiti, derivate, integrali, funzioni)
• Elementi di fisica (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo).
Testi di riferimento
Teoria:
M. SCHIAVELLO-L. PALMISANO: Fondamenti di Chimica (quinta Edizione) - Ed. EdiSES
P. Atkins, L. Jones, L. Laverman: Fondamenti di Chimica Generale - Zanichelli II ed.
P. Silvestroni, Fondamenti di Chimica - XI edizione - casa ed. ambrosiana
(È comunque possibile utilizzare altrii testi di Chimica di livello universitario)
Per le esercitazioni di Stechiometria:
- R. Michelin, P. Sgarbossa, M. Mozzon, A. Munari; CHIMICA - TEST ED ESERCIZI - Casa Editrice Ambrosiana
- Stechiometria; F. Cacace, M. Schiavello; Bulzoni Editore
- Stechiometria - Un avvio allo studio della chimica -Bertini, Luchinat, Mani, Ravera - Casa Editrice Ambrosiana
- Esercizi di Chimica Generale; Alessandro Del Zotto; ed. EdiSES
Modalità insegnamento
Il corso ha la seguente organizzazione:
•spiegazione degli argomenti in aula
•risoluzione di problemi numerici in aula
•prove di autovalutazione
Lo studente potrà trovare sulla piattaforma e-learning le diapositive e il materiale didattico (programma d’esame, testi consigliati) utili per la preparazione dell’esame. Resta inteso che le diapositive sono una guida agli argomenti di esame, ma non potranno mai sostituirsi ai testi consigliati e alle lezioni frontali tenute dal docente. Per particolari chiarimenti sulla materia d’insegnamento lo studente può chiedere al docente un colloquio durante l’orario di ricevimento.
Frequenza
Consigliata
Si consiglia di frequentare il corso che offre allo studente vantaggi sia in termini di comprensione della materia d’insegnamento sia per la preparazione degli argomenti da discutere all’esame. Gli studenti che fossero impossibilitati a frequentare dispongono del programma dettagliato, del materiale didattico scaricabile dal sito dell corso di studi e dell’assistenza particolare del docente.
Modalità di esame
L’esame è costituito da una prova scritta di risoluzione di esercizi numerici e domande di teoriche. Le prove di esame si svolgono nei periodi d’esame previsti dal regolamento didattico di ateneo mentre sono escluse prove in itinere per non interferire con lo svolgimento e la frequenza regolare alle lezioni del semestre, come stabilito dal consiglio di corso di studio.
La prova scritta consiste nella risoluzione di 3-4 problemi di stechiometria e 4-5 domande teoriche. La durata della prova è compresa tra 1 ora e trenta e due ore a seconda del numero delledomande/esercizi. E' possibile consultare la Tavola Periodica degli Elementi ed un formulario fornito dal docente. La prova si considerata superata se lo studente svolge correttamente almeno il 50% degli esercizi e se risponde correttamente almeno al 50% delle domande. Il peso degli esercizi e delle domande teoriche ai fini della valutazione complessiva si equivalgono.
Esercizi e domande vertono sull'intero programma di studio ed hanno lo scopo di accertare che:
- lo studente abbia acquisito i concetti fondamentali della chimica generale,
- che abbia anche acquisito le capacità di applicarli agli argomenti principali trattati nel corso.
Inoltre, lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di comprensione e approfondimento sulla materia esposta durante il corso. Essa intende anche valutare le capacità di ragionamento dello studente e la capacità di sintesi degli argomenti svolti nella visione di un quadro organico della materia.
Bibliografia
- P. Silvestroni, Fondamenti di Chimica - XI edizione - casa ed. ambrosiana
Modalità di erogazione
Il corso ha la seguente organizzazione:
•spiegazione degli argomenti in aula
•risoluzione di problemi numerici in aula
•prove di autovalutazione
Lo studente potrà trovare sulla piattaforma e-learning le diapositive e il materiale didattico (programma d’esame, testi consigliati) utili per la preparazione dell’esame. Resta inteso che le diapositive sono una guida agli argomenti di esame, ma non potranno mai sostituirsi ai testi consigliati e alle lezioni frontali tenute dal docente. Per particolari chiarimenti sulla materia d’insegnamento lo studente può chiedere al docente un colloquio durante l’orario di ricevimento.