Scienze Chimiche

L’insegnamento prevede 6 CFU di didattica frontale, suddivise in quattro argomenti generali: struttura atomica (8 h), legame chimico covalente, ionico, metallico (16 h), legame chimico nei complessi di coordinazione (8 h), studio della sistematica degli elementi della tavola periodica, con particolare attenzione al blocco s e blocco p (16 h). Descrizione generale: Corso di base in cui viene trattato il legame chimico. Nelle linee generali il corso prevede: concetti e applicazioni del legame chimico per molecole semplici e per composti di coordinazione, mediante l'illustrazione dei principali modelli per l'interpretazione del legame. Legame covalente (metodi VSEPR, valence bond VB, molecular orbitals MO), ionico, metallico. Legame idrogeno ed interazioni deboli. Introduzione ai composti di coordinazione Teoria VB, teoria del campo cristallino, teoria MO. Trattazione sistematica degli elementi principali del blocco s e blocco p, secondo la loro collocazione nella tavola periodica. Programma dettagliato del corso: nella sezione seguente si illustra dettagliatamente il programma con la relativa articolazione nel tempo. Il corso prevede 6 CFU e si sviluppa in 48 ore di didattica frontale con costante coinvolgimento degli studenti presenti. Argomento 1, Struttura dell'atomo (8 h): ruolo della chimica inorganica, origine e distribuzione degli elementi, Legge di Lavoisier, legge di Proust, teoria atomica di Dalton. Atomi e massa atomica. Legge di Gay Lussac ed esperimenti di Cannizzaro. Concetto di mole, numero di Avogadro, Particelle elementari, massa e carica delle particelle elementari, esperimenti di Thomson, Mullikan e Rutherford. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Onde e spettro elettromagnetico, spettri atomici, equazione di Planck, effetto fotoelettrico, quantizzazione dell’energia, atomo di Bohr. Modelli atomici. Dualismo particella-onda, principio di De Broglie. Cenni di meccanica ondulatoria, principio di indeterminazione, equazione di Schrodinger, numeri quantici, orbitali atomici, rappresentazione delle funzioni d’onda radiali ed angolari. Sistemi multielettronici, carica nucleare effettiva, energia orbitali atomici, configurazioni elettroniche degli elementi. Aufbau, principio di massima molteplicità di Hund e principio di escusione di Pauli, proprietà periodiche degli elementi. Dimensioni di atomi e ioni. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e loro variazione nella tabella periodica. Carattere metallico, polarizzabilità. Argomento 2, Legame chimico (16 h): legame ionico, struttura cristallina, impacchettamento di sfere, regole del rapporto radiale, Energia reticolare. Ciclo di Born Haber ed equazione di Born Landè. Legame covalente: ordine, lunghezza, geometria ed energia di legame; teoria di Lewis, legame polare ed elettronegatività. Teoria del legame di valenza (VB), modello VSEPR. orbitali ibridi e forma delle molecole, strutture di risonanza, delocalizzazione elettronica. Caratteristiche del legame covalente, legami sigma e p-greco, esempi, correlazione tra struttura e reattività in semplici molecole inorganiche. Teoria degli orbitali molecolari (MO), metodi LCAO, applicazioni a molecole biatomiche omonucleari. Orbitali molecolari per molecole eteronucleari e polinucleari, ordine di legame. Proprietà magnetiche. Legame metallico, metalli e leghe, teoria delle bande, livello di Fermi, conduttività elettrica, isolanti, semiconduttori intrinseci e gap di banda, semiconduttori. Legami elettrostatici, legame idrogeno. Forze intermolecolari, interazioni tra dipoli permanenti, indotti ed istantanei. Solidi ionici, covalenti, metallici e molecolari. Argomento 3, Legame nei composti di coordinazione (8 h): caratteristiche generali dei metalli di transizione. Struttura e isomeria nei complessi. Trattazione VB del legame nei complessi di metalli di transizione. Retrodonazione ed esempi. Teoria del campo cristallino, complessi ottaedrici, quadrato planari e tetraedrici, esempi, serie spettrochimica dei leganti. Teoria del campo dei leganti e metodo MO applicato a complessi. Legame sigma e p-greco. Cenno agli spettri elettronici e alle proprietà magnetiche dei complessi, esempi Argomento 4, Caratteristiche strutturali e proprietà degli elementi del blocco s e blocco p e loro composti (16 h): Idrogeno e suoi composti: effetti isotopici, idruri metallici, ionici e covalenti. Primo e secondo gruppo: proprietà, composti e strutture di legame, metalli alcalini ed alcalino terrosi, composti principali, idruri, alogenuri, carburi, composti organometallici (Grignard) complessi corona, criptandi, importanza biologica. Gruppo XIII: boro elementare e legame nei suoi composti, idruri, alogenuri, ossidi e ossoanioni, BN, borazina, borace, borani, carborani, Alluminio e suoi composti. Gruppo XIV: carbonio elementare, forme allotropiche e suoi composti, fullereni, ossidi, alogenuri, alcani, alcheni alchini, composti aromatici, carburi e composti di intercalazione. Silicio elementare, silicati, setacci molecolari e zeoliti, silani, alogenuri, composti organo silicio, siliconi. Idruri ed alogenuri. Gruppo XV: azoto, idruri, ammoniaca, ossidi e osso anioni, acidi; Fosforo elementare ed i suoi composti, idruri, ossidi, ossiacidi, fosfati e polifosfati, alogenuri, fosfazeni, fosfine, arsenico, antimonio e bismuto, principali composti, idruri ed alogenuri. Gruppo XVI: ossigeno, ozono, ossidi acidi, basici e neutri, ossidi, perossidi e superossidi, zolfo elementare, ossidi e ossiacidi dello zolfo, acidi solforosi, solforici, tionici, idruri. Gruppo XVII: Alogeni, proprietà degli alogeni, ossidi, acidi, ossiacidi e ossoanioni, composti interalogenici, polialogenuri. Gruppo XVIII: composti dei gas nobili, composti dello xenon, ossidi ed alogenuri.

L'insegnamento si trova nel percorso triennale di Chimica al primo anno, secondo semestre ed è compreso tra gli insegnamenti di base. Alcune conoscenze preliminari di base sono indispensabili, in particolare quelle derivanti dal corso di Chimica Generale ed Inorganica per il quale è prevista la propedeuticità (corso del primo semestre del primo anno) quali ad esempio la capacità di scrivere e bilanciare reazioni chimiche, nomenclatura di base, definizione di acidi e basi, reazioni redox, leggi della termodinamica. Inoltre sono utili ed importanti le competenze di base di analisi matematica, acquisite sempre nel corso del primo anno nel primo semestre.

1) Huheey Chimica Inrognaica prioncipi e reattività Piccin 2) G. L. Miessler, D.A. Tarr, CHIMICA INORGANICA, Piccin (introduzione alla chimica inorganica) 3) M. Speranza CHIMICA GENERALE E INORGANICA edi-ermes (cap. 5 e cap.6 e sistematica inorganica cap.15) 4) In consultazione J. D. Lee CHIMICA INORGANICA Piccin (composti di coordinazione) 5) ogni libro presente in biblioteca che risulta idoneo dallo studente.

La frequenza delle lezioni dell’insegnamento non è obbligatoria ma consigliata.

Le modalità attraverso cui viene accertato l'effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento consistono in un esame orale, nel quale viene richiesto allo studente di descrivere anche con esempi e semplici esercizi, quanto appreso nel corso. Sono previste inoltre una o più prove in itinere che avranno come oggetto una parte del programma e come obiettivo quello di aiutare l’ottimizzazione dell’apprendimento da parte degli studenti. La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode). La valutazione consiste di una prova orale. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative. La collocazione temporale delle prove d'esame sarà al termine dell'insegnamento e nelle sessioni previste dal CAD (giugno-luglio, settembre, gennaio-febbraio). La prova orale prevede domande a risposta aperta sugli argomenti trattati nel corso, corredate da esempi ed esercizi. Le risposte vengono valutate per completezza di contenuto, capacità di sintesi e collegamenti tra i diversi temi sviluppati durante il corso. Gli esempi sono utili a verificare la capacità di interpretazione del legame. Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi: la base teorica seguita dallo studente per l'esposizione del quesito, la capacità di ragionamento, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica. Per superare l'esame lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti concernenti il legame chimico applicandola ad esempi della chimica inorganica. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente, con capacità di correlazione tra struttura chimica e proprietà.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali con lo svolgimento di numerosi esempi atti a dimostrare ed applicare a sistemi molecolari semplici, i modelli esposti. In particolare sono previste 48 ore complessive di didattica frontale (6 CFU) atte alla acquisizione delle conoscenze evidenziate negli obiettivi formativi. Per sviluppare la capacità di applicare le conoscenze si prevede lo svolgimento di esempi ed esercizi. Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula, con due lezioni ognuna da due ore, per un totale di 4 ore settimanali e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di lavagna e/o diapositive su power-point.

Contenuto dell’insegnamento L’insegnamento prevede 6 CFU di didattica frontale, suddivise in quattro argomenti generali: struttura atomica (14 h), legame chimico covalente, ionico, metallico (16 h), legame chimico nei complessi di coordinazione (8 h), studio della sistematica degli elementi della tavola periodica, con particolare attenzione al blocco s e blocco p (10 h). Descrizione generale: Corso di base in cui viene trattato il legame chimico. Nelle linee generali il corso prevede: concetti e applicazioni del legame chimico per molecole semplici e per composti di coordinazione, mediante l'illustrazione dei principali modelli per l'interpretazione del legame. Legame covalente (metodi VSEPR, valence bond VB, molecular orbitals MO), ionico, metallico. Legame idrogeno ed interazioni deboli. Introduzione ai composti di coordinazione Teoria VB, teoria del campo cristallino, teoria MO. Trattazione sistematica degli elementi principali del blocco s e blocco p, secondo la loro collocazione nella tavola periodica. Programma dettagliato del corso: nella sezione seguente si illustra dettagliatamente il programma con la relativa articolazione nel tempo. Il corso prevede 6 CFU e si sviluppa in 48 ore di didattica frontale con costante coinvolgimento degli studenti presenti. Argomento 1, Struttura dell'atomo (14 h): ruolo della chimica inorganica, origine e distribuzione degli elementi, Legge di Lavoisier, legge di Proust, teoria atomica di Dalton. Atomi e massa atomica. Legge di Gay Lussac ed esperimenti di Cannizzaro. Concetto di mole, numero di Avogadro, Particelle elementari, massa e carica delle particelle elementari, esperimenti di Thomson, Mullikan e Rutherford. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Onde e spettro elettromagnetico, spettri atomici, equazione di Planck, effetto fotoelettrico, quantizzazione dell’energia, atomo di Bohr. Modelli atomici. Dualismo particella-onda, principio di De Broglie. Cenni di meccanica ondulatoria, principio di indeterminazione, equazione di Schrodinger, numeri quantici, orbitali atomici, rappresentazione delle funzioni d’onda radiali ed angolari. Sistemi multielettronici, carica nucleare effettiva, energia orbitali atomici, configurazioni elettroniche degli elementi. Aufbau, principio di massima molteplicità di Hund e principio di escusione di Pauli, proprietà periodiche degli elementi. Tavola periodica ed andamento periodico delle proprietà. Dimensioni di atomi e ioni. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, caratteristiche hard-soft e loro variazione nella tabella periodica. Carattere metallico, polarizzabilità. Argomento 2, Legame chimico (16 h): legame ionico, struttura cristallina, impacchettamento di sfere, regole del rapporto radiale, regole di Fajans, Energia reticolare. Ciclo di Born Haber ed equazione di Born Landè. Legame covalente: ordine, lunghezza, geometria ed energia di legame; teoria di Lewis, legame polare ed elettronegatività. Teoria del legame di valenza (VB), modello VSEPR. orbitali ibridi e forma delle molecole, strutture di risonanza, delocalizzazione elettronica. Caratteristiche del legame covalente, legami sigma e p-greco, esempi, correlazione tra struttura e reattività in semplici molecole inorganiche. Teoria degli orbitali molecolari (MO), metodi LCAO, applicazioni a molecole biatomiche omonucleari. Orbitali molecolari per molecole biatomiche eteronucleari e polinucleari, ordine di legame. Proprietà magnetiche. Legame metallico, metalli e leghe, teoria delle bande, livello di Fermi, conduttività elettrica, isolanti, semiconduttori intrinseci e gap di banda, semiconduttori. Legami elettrostatici, legame idrogeno. Forze intermolecolari, interazioni tra dipoli permanenti, indotti ed istantanei. Solidi ionici, covalenti, metallici e molecolari. Argomento 3, Legame nei composti di coordinazione (8 h): caratteristiche generali dei metalli di transizione. Struttura e isomeria nei complessi. Trattazione VB del legame nei complessi di metalli di transizione. Retrodonazione ed esempi. Teoria del campo cristallino, complessi ottaedrici, quadrato planari e tetraedrici, esempi, serie spettrochimica dei leganti. Teoria del campo dei leganti e metodo MO applicato a complessi. Legame sigma e p-greco. Cenno agli spettri elettronici e alle proprietà magnetiche dei complessi, esempi Argomento 4, Caratteristiche strutturali e proprietà degli elementi del blocco s e blocco p e loro composti, correlazione struttura-proprietà (10 h): Idrogeno e suoi composti: effetti isotopici, idruri metallici, ionici e covalenti. Primo e secondo gruppo: proprietà, composti e strutture di legame, metalli alcalini ed alcalino terrosi, composti principali, idruri, alogenuri, carburi, composti organometallici (Grignard) complessi corona, criptandi, importanza biologica. Gruppo XIII: boro elementare e legame nei suoi composti, idruri, alogenuri, ossidi e ossoanioni, BN, borazina, borace, borani, carborani, Alluminio e suoi composti. Gruppo XIV: carbonio elementare, forme allotropiche e suoi composti, fullereni, ossidi, alogenuri, alcani, alcheni alchini, composti aromatici, carburi e composti di intercalazione. Silicio elementare, silicati, setacci molecolari e zeoliti, silani, alogenuri, composti organo silicio, siliconi. Idruri ed alogenuri. Gruppo XV: azoto, idruri, ammoniaca, ossidi e osso anioni, acidi; Fosforo elementare ed i suoi composti, idruri, ossidi, ossiacidi, fosfati e polifosfati, alogenuri, fosfazeni, fosfine, arsenico, antimonio e bismuto, principali composti, idruri ed alogenuri. Gruppo XVI: ossigeno, ozono, ossidi acidi, basici e neutri, ossidi, perossidi e superossidi, zolfo elementare, ossidi e ossiacidi dello zolfo, acidi solforosi, solforici, tionici, idruri. Gruppo XVII: Alogeni, proprietà degli alogeni, ossidi, acidi, ossiacidi e ossoanioni, composti interalogenici, polialogenuri. Gruppo XVIII: composti dei gas nobili, composti dello xenon, ossidi ed alogenuri.

L'insegnamento si trova nel percorso triennale di Chimica al primo anno, secondo semestre ed è compreso tra gli insegnamenti di base. Alcune conoscenze preliminari di base sono indispensabili, in particolare quelle derivanti dal corso di Chimica Generale ed Inorganica per il quale è prevista la propedeuticità (corso del primo semestre del primo anno) quali ad esempio la capacità di scrivere e bilanciare reazioni chimiche, nomenclatura di base, definizione di acidi e basi, reazioni redox, leggi della termodinamica. Inoltre sono utili ed importanti le competenze di base di analisi matematica, acquisite sempre nel corso del primo anno nel primo semestre.

I testi consigliati sono uno tra i seguenti: 1) J.D.Lee “Chimica Inorganica”, Piccin Editore, 2) J.E.Huheey, E.A. KEttter, R.L. Keiter “Chimica Inorganica Principi, Strutture, Reattività”, Piccin Editore, 3) P. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller, F.Armstrong “Chimica Inorganica”, Zanichelli Editore. Sono inoltre disponibili appunti ed approfondimenti sulla piattaforma di elearning Moodle 2 Sapienza.

La frequenza delle lezioni dell’insegnamento non è obbligatoria ma fortemente consigliata.

Le modalità attraverso cui viene accertato l'effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento consistono in un esame orale, nel quale viene richiesto allo studente di descrivere anche con esempi e semplici esercizi, quanto appreso nel corso. Sono previste inoltre una o più prove informali in itinere che avranno come oggetto una parte del programma e come obiettivo quello di aiutare l’ottimizzazione dell’apprendimento da parte degli studenti. La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode). La valutazione consiste di una prova orale. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative. La collocazione temporale delle prove d'esame sarà al termine dell'insegnamento e nelle sessioni previste dal CAD (giugno-luglio, settembre, gennaio-febbraio). La prova orale prevede domande a risposta aperta sugli argomenti trattati nel corso, corredate da esempi ed esercizi. Le risposte vengono valutate per completezza di contenuto, capacità di sintesi e collegamenti tra i diversi temi sviluppati durante il corso. Gli esempi sono utili a verificare la capacità di interpretazione del legame. Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi: la base teorica seguita dallo studente per l'esposizione del quesito, la capacità di ragionamento, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica. Per superare l'esame lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti concernenti il legame chimico applicandola ad esempi della chimica inorganica. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente, con capacità di correlazione tra struttura chimica e proprietà.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali con lo svolgimento di numerosi esempi atti a dimostrare ed applicare a sistemi molecolari semplici, i modelli esposti. In particolare, sono previste 48 ore complessive di didattica frontale (6 CFU) atte alla acquisizione delle conoscenze evidenziate negli obiettivi formativi. Per sviluppare la capacità di applicare le conoscenze si prevede lo svolgimento di esempi ed esercizi. Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula, con due lezioni ognuna da due ore, per un totale di 4 ore settimanali e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di lavagna e/o diapositive su power-point.

Natura ondulatoria della radiazione elettromagnetica. Le origini della teoria atomica: esperimenti di Faraday, Thomson e Millikan, radiazione del corpo nero e ipotesi quantistca di Planck, effetto fotoelettrico, spettro di emissione dell'atomo di idrogeno, modelli atomici di Thomson e Bohr. Principio di inderterminazione di Eisenberg, ipotesi di De Broglie. Legge di Bragg ed esperimento di Davisson e Germer. Natura ondulatoria dell'elettrone, origine dell'equazione di Schroedinger dipendente ed indipendente dal tempo. Proprietà della funzione d'onda. Soluzione dell'equazione di Schroedinger per alcuni sistemi semplici: elettrone nella scatola mono- e tridimensionale, metodo della separazione delle variabili, quantizzazione dell'energia e normalizzazione della funzione d'onda. L'atomo di idrogeno: impostazione dell'equazione di Schroedinger, separazione del moto del centro di massa da quello dell'elettrone, introduzione del sistema di riferimento in coordinate polari e forma finale dell'operatore Hamiltoniano, separazione delle variabili e delle relative equazioni differenziali. Soluzione dell'equazione in φ, risultato finale delle equazioni in r e ϑ, numeri quantici e reative funzioni d'onda. Forma degli orbitali p e d espressi mediante funzioni reali. Funzioni di distribuzione radiale. Impossibilità della soluzione esatta dell'equazione di Schroedinger per sistemi polielettronici, introduzione ai metodi approssimati, teorema variazionale, metodo delle variazioni lineari. Il legame chimico, legame covalente: ione-molecola H2+ ed introduzione alla teoria dell'orbitale molecolare, molecola di H2 ed introduzione alla teoria del legame di valenza. Orbitali ibridi e loro formulazione; metodo per ricavare le funzioni associate agli orbitali ibridi per le geometrie più comuni (lineare, triangolare, tetraedrica, ottaedrica, bipiramidale triangolare). Applicazione della teoria dell'orbitale molecolare alle principali molecole diatomiche, B2, C2, N2, O2, F2, HF, CO, NO. Applicazione della teoria del legame di valenza e del metodo VSEPR alla trattazione delle molecole più rappresentative degli elementi principali: BF3, B(OH)3, CO2, CH4, C2H4, C2H2, CO32-, NH3, N2O, NO2, NO2-, NO3-, O3, PH3, PCl3, PCl5, PO43-, HPO32-, H2PO2-, SO2, SO3, SF6, SO32-, SO42-, S2O32-, ClO-, ClO2-, ClO3-, ClO4-, IF3, IF5, IF7, XeF4. Principali categorie di solidi. Solidi ionici: modello del legame ionico, energia reticolare, costante di Madelung, ciclo di Born-Haber. Solidi metallici: legame metallico secondo la teoria dell'elettrone libero e secondo la teoria delle bande. Solidi covalenti: isolanti e semiconduttori secondo la teoria delle bande; struttura geometrica ed elettronica del diamante, della grafite e del silicio, semiconduttori III-V, semiconduttori di tipo n e di tipo p, i casi dello stagno e del piombo. Complessi dei metalli di transizione, teorie di Pauling e di Syrkin e Diatkina. Teoria del campo cristallino: presupposti e scissione degli orbitali d nei complessi ottaedrici, tetraedrici e quadrato-planari; configurazioni elettroniche ad alto e basso spin; Energia di stabilizzazione del campo cristallino (CFSE ) stabilità dei complessi e loro proprietà magnetiche. Proprietà periodiche, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, raggio atomico. Cenni di sistematica chimica, chimica degli elementi dei gruppi principali.

Conoscenze matematiche di base (programma della scuola superiore) integrate da elementi di calcolo differenziale (derivate, integrali, equazioni differenziali semplici) di cui viene richiesta una conoscenza perlomeno concettuale. E' consigliabile ma non obbligatorio che lo studente abbia superato l'esame di Chimica Generale ed Inorganica con Laboratorio.

Uno a scelta tra i due testi seguenti: 1. J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter: Chimica Inorganica, Ed. Piccin 2. G. L. Miessler, D. A. Tarr: Chimica Inorganica, Ed. Piccin. 3. L. Pauling, E.B. Wilson: Introduction to Quantum Mechanics with applications to Chemistry, Ed. McGraw-Hill Consigliabile la sua consultazione come riferimento per alcuni argomenti di quantomeccanica. Essendo ormai decaduti i diritti d'autore, questo testo è scaricabile liberamente dalla pagina personale del docente nel sito del Dipartimento di Chimica. 4. Per la rappresentazione dei complessi secondo le teorie di Pauling e di Sirkin e Diatkina, si veda il testo seguente, disponibile in biblioteca per la consultazione: Belluco, Cattalini, Croatto, Furlani, Sartori: Chimica Inorganica, pag. 132-145. 5. Una parte consistente del programma è coperta da dispense scritte dal docente e scaricabili liberamente dalla sua pagina personale nel sito E-learning dell’Università di Roma “La Sapienza”.

Lezione in aula. Supporto didattico impiegato: lavagna tradizionale. Possono essere organizzate lezioni a distanza in caso di necessità.

La frequenza è consigliata, ma non obbligatoria.

Prova orale in presenza o, in caso di necessità, per via telematica.

Non è previsto l'utilizzo di articoli su rivista.

Lezione in aula. Supporto didattico impiegato: lavagna tradizionale. Possono essere organizzate lezioni a distanza in caso di necessità.

Contenuto del corso L’insegnamento prevede 6 CFU di didattica frontale, suddivise in quattro argomenti generali: struttura atomica (8 h), legame chimico covalente, ionico, metallico (16 h), legame chimico nei complessi di coordinazione (8 h), studio della sistematica degli elementi della tavola periodica, con particolare attenzione al blocco s e blocco p (16 h). Descrizione generale: Corso di base in cui viene trattato il legame chimico. Nelle linee generali il corso prevede: concetti e applicazioni del legame chimico per molecole semplici e per composti di coordinazione, mediante l'illustrazione dei principali modelli per l'interpretazione del legame. Legame covalente (metodi VSEPR, valence bond VB, molecular orbitals MO), ionico, metallico. Legame idrogeno ed interazioni deboli. Introduzione ai composti di coordinazione. Teoria VB, teoria del campo cristallino, teoria MO. Trattazione sistematica degli elementi principali del blocco s e blocco p, secondo la loro collocazione nella tavola periodica. Programma dettagliato del corso: nella sezione seguente si illustra dettagliatamente il programma. Il corso prevede 6 CFU e si sviluppa in 48 ore di didattica frontale con costante coinvolgimento degli studenti presenti. Argomento 1, Struttura dell'atomo: ruolo della chimica inorganica, origine e distribuzione degli elementi. Atomi e massa atomica. Particelle elementari, massa e carica delle particelle elementari. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Onde e spettro elettromagnetico, spettri atomici, equazione di Planck, effetto fotoelettrico, quantizzazione dell’energia, atomo di Bohr. Modelli atomici. Dualismo particella-onda, principio di De Broglie. Cenni di meccanica ondulatoria, principio di indeterminazione, equazione di Schrodinger, numeri quantici, orbitali atomici, rappresentazione delle funzioni d’onda radiali ed angolari. Sistemi multielettronici, carica nucleare effettiva, energia orbitali atomici, configurazioni elettroniche degli elementi. Aufbau, principio di massima molteplicità di Hund e principio di escusione di Pauli, proprietà periodiche degli elementi. Dimensioni di atomi e ioni. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e loro variazione nella tabella periodica. Carattere metallico, polarizzabilità. Argomento 2, Legame chimico: legame ionico, struttura cristallina, impacchettamento di sfere, regole del rapporto radiale, Energia reticolare. Ciclo di Born Haber ed equazione di Born Landè. Legame covalente: ordine, lunghezza, geometria ed energia di legame. Legame polare ed elettronegatività. Richiami alla teoria di Lewis. Teoria del legame di valenza (VB), modello VSEPR. orbitali ibridi e forma delle molecole, strutture di risonanza, delocalizzazione elettronica. Caratteristiche del legame covalente, legami sigma e p-greco, esempi, correlazione tra struttura e reattività in semplici molecole inorganiche. Teoria degli orbitali molecolari (MO), metodi LCAO, applicazioni a molecole biatomiche omonucleari. Orbitali molecolari per molecole eteronucleari e polinucleari, ordine di legame. Proprietà magnetiche. Legame metallico, metalli e leghe, teoria delle bande, livello di Fermi, conduttività elettrica, isolanti, semiconduttori intrinseci e gap di banda, semiconduttori. Legami elettrostatici, legame idrogeno. Forze intermolecolari, interazioni tra dipoli permanenti, indotti ed istantanei. Solidi ionici, covalenti, metallici e molecolari. Argomento 3, Legame nei composti di coordinazione: caratteristiche generali dei metalli di transizione. Struttura e isomeria nei complessi. Trattazione VB del legame nei complessi di metalli di transizione. Retrodonazione ed esempi. Teoria del campo cristallino, complessi ottaedrici, quadrato planari e tetraedrici, esempi, serie spettrochimica dei leganti. Teoria del campo dei leganti e metodo MO applicato a complessi (cenni). Legame sigma e p-greco. Cenni agli spettri elettronici e alle proprietà magnetiche dei complessi. Esempi. Argomento 4, Caratteristiche strutturali e proprietà degli elementi del blocco s e blocco p e loro composti: Idrogeno e suoi composti: effetti isotopici, idruri metallici, ionici e covalenti. Primo e secondo gruppo: proprietà, composti e strutture di legame, metalli alcalini ed alcalino terrosi, composti principali, idruri, alogenuri, carburi, composti organometallici (Grignard) complessi corona, criptandi, importanza biologica. Gruppo XIII: boro elementare e legame nei suoi composti, idruri, alogenuri, ossidi e ossoanioni, BN, borazina, borace, borani, carborani, Alluminio e suoi composti. Gruppo XIV: carbonio elementare, forme allotropiche e suoi composti, fullereni, ossidi, alogenuri, alcani, alcheni alchini, composti aromatici, carburi e composti di intercalazione. Silicio elementare, silicati, setacci molecolari e zeoliti, silani, alogenuri, composti organo silicio, siliconi. Idruri ed alogenuri. Preparazione del Si. Gruppo XV: azoto, idruri, ammoniaca, ossidi e osso anioni, acidi; Fosforo elementare ed i suoi composti, idruri, ossidi, ossiacidi, fosfati e polifosfati, alogenuri, fosfazeni, fosfine, arsenico, antimonio e bismuto, principali composti, idruri ed alogenuri. Sintesi dell’ammoniaca; sintesi dell’acido nitrico, preparazione degli ossiacidi del fosforo. Sintesi dell’acido solforico. Gruppo XVI: ossigeno, ozono, ossidi acidi, basici e neutri, ossidi, perossidi e superossidi, zolfo elementare, ossidi e ossiacidi dello zolfo, acidi solforosi, solforici, tionici, idruri. Gruppo XVII: Alogeni, proprietà degli alogeni, ossidi, acidi, ossiacidi e ossoanioni, composti interalogenici, polialogenuri. Gruppo XVIII: composti dei gas nobili, composti dello xenon, ossidi ed alogenuri.

L'insegnamento si trova nel percorso triennale di Chimica al primo anno, secondo semestre ed è compreso tra gli insegnamenti di base. Alcune conoscenze preliminari di base sono indispensabili, in particolare quelle derivanti dal corso di Chimica Generale ed Inorganica per il quale è prevista la propedeuticità (corso del primo semestre del primo anno) quali ad esempio la capacità di scrivere e bilanciare reazioni chimiche, nomenclatura di base, definizione di acidi e basi, reazioni redox, leggi della termodinamica. Inoltre sono utili ed importanti le competenze di base di analisi matematica, acquisite sempre nel corso del primo anno nel primo semestre.

I testi consigliati sono: 1) Huheey - Keiter - Keiter "Chimica Inorganica", Piccin Editore. 2) Miessler - Tarr "Chimica Inorganica", Piccin Editore. 3) Weller, Overton, Rourke, M.Weller, Armstrong "La Chimica Inorganica di Atkins", Zanichelli Editore.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali con lo svolgimento di numerosi esempi atti a dimostrare ed applicare a sistemi molecolari semplici, i modelli esposti. In particolare sono previste 48 ore complessive di didattica frontale (6 CFU) atte alla acquisizione delle conoscenze evidenziate negli obiettivi formativi. Per sviluppare la capacità di applicare le conoscenze si prevede lo svolgimento di esempi ed esercizi. Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula, con due lezioni ognuna da due ore, per un totale di 4 ore settimanali e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di lavagna e/o diapositive su power-point. La frequenza delle lezioni dell’insegnamento non è obbligatoria ma consigliata.

Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula, con due lezioni ognuna da due ore, per un totale di 4 ore settimanali e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di lavagna e/o diapositive su power-point. La frequenza delle lezioni dell’insegnamento non è obbligatoria ma consigliata.

Le modalità attraverso cui viene accertato l'effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento consistono in un esame orale, nel quale viene richiesto allo studente di descrivere anche con esempi e semplici esercizi, quanto appreso nel corso. Sono previste inoltre una o più prove in itinere che avranno come oggetto una parte del programma e come obiettivo quello di aiutare l’ottimizzazione dell’apprendimento da parte degli studenti. La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode). La valutazione consiste di una prova orale. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative. La collocazione temporale delle prove d'esame sarà al termine dell'insegnamento e nelle sessioni previste dal CAD (giugno-luglio, settembre, gennaio-febbraio). La prova orale prevede domande a risposta aperta sugli argomenti trattati nel corso, corredate da esempi ed esercizi. Le risposte vengono valutate per completezza di contenuto, capacità di sintesi e collegamenti tra i diversi temi sviluppati durante il corso. Gli esempi sono utili a verificare la capacità di interpretazione del legame. Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi: la base teorica seguita dallo studente per l'esposizione del quesito, la capacità di ragionamento, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica. Per superare l'esame lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti concernenti il legame chimico applicandola ad esempi della chimica inorganica. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente, con capacità di correlazione tra struttura chimica e proprietà.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali con lo svolgimento di numerosi esempi atti a dimostrare ed applicare a sistemi molecolari semplici, i modelli esposti. In particolare sono previste 48 ore complessive di didattica frontale (6 CFU) atte alla acquisizione delle conoscenze evidenziate negli obiettivi formativi. Per sviluppare la capacità di applicare le conoscenze si prevede lo svolgimento di esempi ed esercizi.