Catalogo dei Corsi di studio

Obiettivi generali
Questo insegnamento completa le conoscenze di base della chimica generale acquisite durante il primo anno evidenziandone le interconnessioni e di introduce gli studenti verso alcune fondamentali discipline/procedure analitiche che saranno sviluppate dettagliatamente negli anni successivi secondo gli indirizzi specifici del corso di laurea.

Obiettivi specifici
1. Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente prende coscienza delle interconnessioni fra le diverse proprietà chimiche e fisiche delle molecole e delle condizioni in cui tali proprietà si manifestano, ovvero si inibiscono, nell’ottica dell’attuazione dei meccanismi di regolazione/controllo di tali proprietà. Particolare riguardo è rivolto agli argomenti fondamentali della chimica (sali, acidi e basi, solubilità, processi redox, complessi), che essendo stati oggetto dell’insegnamento di Chimica Generale nel corso del primo anno del CdL in CTF, sono ora posti nell’ottica della loro applicazione nelle attività di laboratorio. Il corso comprende la trattazione teorica e applicativa dei composti di coordinazione e i fondamenti della chimica nucleare, con particolare riferimento alla produzione dei radioisotopi artificiali impiegati nella medicina nucleare diagnostica e terapeutica (radiofarmaci).
Altre conoscenze acquisite riguardano i fondamenti statistici della Chimica Analitica per la trattazione delle misure e degli errori, e i criteri per la rappresentazione grafica di processi e fenomeni chimico-fisici, utili nelle attività di laboratorio.
Infine, gli studenti ricevono la formazione di base per i principi della cromatografia e per le metodologie spettrometriche di massa.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato verso gli aspetti fondamentali delle reazioni chimiche e della chimica analitica, quella sensibilità che gli permetterà di affrontare consapevolmente i successivi corsi di laboratorio preparativo, di analisi quantitativa e di separazione delle sostanze.

3. Autonomia di giudizio
Durante le lezioni, le capacità critiche e di giudizio degli studenti sono stimolate dalla loro partecipazione attiva, sia attraverso le domande che il docente pone loro, sia tramite lo svolgimento collettivo in aula di esercizi che rappresentano casi concreti di problematiche che si possono verificare in laboratorio.

4. Abilità comunicative
Tale capacità emerge durante i momenti delle lezioni che prevedono la partecipazione collettiva e trovano il culmine nella prova di esame, in cui lo studente è chiamato a spiegare le motivazioni logiche delle risposte, anche attraverso l’impiego di strumenti visivi quali grafici funzionali e istogrammi.

5. Capacità di apprendimento
Lo studente è indotto allo studio in autonomia non solo facendo riferimento ai contenuti dei testi consigliati, ma anche eseguendo un lavoro di vera e propria ricerca delle informazioni tramite strumenti informatici, soprattutto per quegli argomenti che nel corso trovano spazio solo ad un livello necessariamente introduttivo, ma che essendo storicamente consolidati si trovano descritti più approfonditamente su siti specializzati del web, accessibili tramite i comuni motori di ricerca.

Programma

Generalità sulle misure analitiche (8 ore): errori casuali, media e mediana, precisione, accuratezza, errore assoluto e relativo, trattamento statistico dell’errore casuale, la distribuzione normale o Gaussiana, deviazione standard, varianza, coefficiente di variazione, dispersione, Q test, limiti di confidenza, l’errore per risultati calcolati, origine e valutazione degli errori sistematici. Relazioni lineari proprietà-misura, metodo dei minimi quadrati, cifre di merito di un metodo di misura, metodo delle aggiunte standard.
e.g. Skoog, West, Holler: “Chimica Analitica. Una introduzione” - EdiSES S.r.l. – Napoli

Tavola periodica (2 ore): livelli elettronici degli orbitali atomici in funzione del numero atomico, comportamento periodico dell’elettronegatività e dei numeri di ossidazione più comuni, comportamenti periodici dei raggi ionici, contrazione scandidea e lantanidea, periodicità dei raggi covalenti e delle energie di legame, periodicità delle energie di ionizzazione e delle affinità elettroniche.
e.g. G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Soluzioni di elettroliti (12 ore): forza ionica, coefficienti di attività, equazione di Debye-Huckel, l’effetto sale su vari tipi di equilibri, teoria dell’interazione specifica. Il solvente acqua, entalpia di idratazione, eq. di Latimer, idrolisi dei cationi, classificazione dei cationi rispetto all’acidità, ossoanioni in acqua: stima della forza basica, forme più comuni degli elementi in acqua (diagrammi di distribuzione e di predominanza), previsioni di solubilità dei solidi ionici (effetti entalpici ed entropici), energia reticolare (ciclo di Born-Haber), acidi e basi di Brønsted in solventi non acquosi, pH efficace in acqua, impiego di solventi non acquosi, trattazione analitica e rappresentazione grafica del comportamento in acqua di acidi monoprotici, di miscele di acidi monoprotici, e di acidi poliprotici, diagrammi di distribuzione e di formazione per acidi di Brønsted, capacità tampone di specie mono e poliprotiche.
e.g. A. Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica; G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Composti di coordinazione (6 ore): nomenclatura, leganti mono e polidentati (effetto chelato ed effetto macrociclo), costanti di formazione parziali e totali dei complessi, rapporti di distribuzione, complessi polinucleari, acidi poliamminocarbossilici, costante condizionale, effetto del pH sulla formazione dei complessi di cationi metallici a differente acidità, modello di speciazione, titolazioni e indicatori complessometrici, effetto della formazione dei complessi sui potenziali redox, effetto della formazione dei complessi sulla solubilità dei solidi ionici.
e.g. e.g. A. Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica

Teoria dei composti di coordinazione (4 ore): proprietà chimico-fisiche, teoria elettrostatica semplice (i complessi ionici), teoria VB, teoria del campo cristallino (complessi a numero di coordinazione 4, 5 e 6), teoria del campo dei leganti, stabilità e reattività dei complessi alla luce della teoria del campo cristallino.
e.g. G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano


Il principio HSAB (2 ore): fondamenti e applicazioni.
e.g. G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Reazioni redox (4 ore): potenziale di una semicoppia da calcoli termodinamici, titolazioni red-ox (calcolo della costante di equilibrio della reazione e del potenziale al punto di equivalenza), stabilità delle soluzioni acquose rispetto alla riduzione o all’ossidazione del soluto, disproporzioni, fattori che influenzano il potenziale, diagrammi potenziale-pH (Pourbaix), potenziale redox e solubilità, potenziale formale.
e.g. A. Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica; G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Green chemistry: cenni sull’impiego dei fluidi supercritici in chimica (2 ore).
Fonti bibliografiche online

Principi di cromatografia (4 ore): coefficiente di ripartizione, l’apparato di Craig, piatti teorici di una colonna cromatografica, fattore di separazione, rapporto di capacità, risoluzione, equazione di Van Deemter, HETP, tipi di apparati cromatografici.
Fonti bibliografiche online

Elementi di Chimica Nucleare (10 ore): proprietà del nucleo atomico, energia nucleare in funzione di A, energia nucleare per nucleone, radioelementi naturali, stabilità dei nuclei in funzione di A e di Z, fattori di instabilità, tipi di decadimento nucleare, stati nucleari eccitati, isomeria nucleare, effetto Auger, legge cinetica del decadimento, costante di decadimento, emivita, attività, attività specifica (unità di misura), miscele di nuclidi, decadimento a catena, equilibrio radioattivo, interazione delle radiazioni con la materia, radioelementi artificiali, fissione e fusione nucleare, reazioni nucleari, notazione ed energia delle reazioni nucleari, reazioni indotte da protoni, particelle alfa, deutoni e neutroni, rivelatori (a ionizzazione gassosa, a scintillazione, a semiconduttore), radiodatazione, analisi radiometrica, analisi per attivazione, analisi per diluizione isotopica, generalità sull’impiego di radioisotopi a vita breve in medicina nucleare, sintesi veloci, radiofarmaci impiegati in diagnostica (PET) e in terapia (antitumorali).
e.g. M. Speranza et al: “Chimica Generale e Inorganica” – Edi-Ermes Milano; fonti bibliografiche online

Spetrometria di massa (10 ore): tipi principali di sorgenti (EI, CI, FAB, PD, FI, CAD, APCI, ESI), analizzatori di massa elettrostatico, magnetico, quadrupolare, a tempo di volo, detector (elettromoltiplicatore), risonanza ionica ciclotronica (ICR), trappola ionica. Lo spettro di massa (tipi prin¬cipali di ioni in relazione al tipo di sorgente, determinazione del peso molecolare, risoluzione, abbondanza isotopica), cenni all’interpretazione degli spettri di massa, apparati GC-MS, HPLC-MS e MS-MS.
Fonti bibliografiche online

Testi adottati

Poiché il corso prevede approfondimenti di argomenti fondamentali e introduzioni a tematiche di futuro sviluppo, gli studenti sono fortemente invitati a reperire informazioni direttamente dal web. Al solo scopo di riferimento, sono comunque indicati i seguenti testi:

Skoog, West, Holler: “Chimica Analitica. Una introduzione” - EdiSES S.r.l. – Napoli

A.Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica

A.Liberti: “Lezioni di Chimica Analitica” - EDIZIONI RICERCHE – Roma

G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA - Milano.

M. Speranza et al: “Chimica Generale e Inorganica” – Edi-Ermes Milano; fonti bibliografiche online

Prerequisiti

Per comprendere le lezioni ed assimilare criticamente i concetti è indispensabile conoscere la matematica fino allo studio delle funzioni e alle regole di derivazione/integrazione, nonché la chimica generale ed inorganica con particolare riferimento ai concetti di solubilità, concentrazione delle soluzioni, e alle proprietà acido-base e ossido-riduttive delle sostanze chimiche. E’ altresì importante la conoscenza della matematica statistica e delle proprietà chimico-fisiche delle soluzioni. In ultimo, è certamente utile avere una certa dimestichezza nell’uso del computer, con particolare riferimento all’impiego dei fogli di calcolo elettronici.

Modalità di valutazione

Gli appelli d’esame “regolari” sono fissati nei periodi stabiliti dal calendario accademico (almeno 5 date per anno accademico), il quale prevede anche degli appelli straordinari. Per il suo esame, lo studente riceve un foglio contenente cinque quesiti. Il candidato prede visione, ovvero elabora i quesiti (alcune domande possono richiedere una elaborazione grafica o matematica), in completa autonomia per circa un’ora. Quindi inizia la prova orale vera e propria, durante la quale partendo dai quesiti scritti si possono esplorare tutti gli argomenti del corso tramite connessioni e dipendenze. L’obiettivo della valutazione è quello di verificare le conoscenze acquisite dallo studente e la sua capacità di applicarle al contesto proprio dell’argomento in discussione e a quelli correlati, usando una proprietà di linguaggio adeguata anche dal punto di vista della terminologia tecnica e della nomenclatura ufficiale. Gli elementi presi in esame ai fini della valutazione sono: la conoscenza della materia in tutte le aree coperte dal programma del corso, l'impiego di un linguaggio appropriato, la partecipazione attiva durante le lezioni frontali, la capacità di ragionamento dimostrata in sede di colloquio di esame, la capacità di studio autonomo sui testi indicati e sul web. Il superamento dell’esame con il minimo dei voti richiede una conoscenza sufficiente degli argomenti fondamentali del corso, mentre per il conseguimento del punteggio massimo (30/30 e lode) lo studente deve dimostrare non solo di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati, ma anche di saperli comunicare con una logica filante, una congruenza puntuale e una dialettica brillante, muovendosi da un argomento ad un altro con la disinvoltura propria di chi ha interiorizzato la materia ben al di là del solo aspetto nozionistico.

Programma

Generalità sulle misure analitiche (8 ore): errori casuali, media e mediana, precisione, accuratezza, errore assoluto e relativo, trattamento statistico dell’errore casuale, la distribuzione normale o Gaussiana, deviazione standard, varianza, coefficiente di variazione, dispersione, Q test, limiti di confidenza, l’errore per risultati calcolati, origine e valutazione degli errori sistematici. Relazioni lineari proprietà-misura, metodo dei minimi quadrati, cifre di merito di un metodo di misura, metodo delle aggiunte standard.
e.g. Skoog, West, Holler: “Chimica Analitica. Una introduzione” - EdiSES S.r.l. – Napoli

Tavola periodica (2 ore): livelli elettronici degli orbitali atomici in funzione del numero atomico, comportamento periodico dell’elettronegatività e dei numeri di ossidazione più comuni, comportamenti periodici dei raggi ionici, contrazione scandidea e lantanidea, periodicità dei raggi covalenti e delle energie di legame, periodicità delle energie di ionizzazione e delle affinità elettroniche.
e.g. G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Soluzioni di elettroliti (12 ore): forza ionica, coefficienti di attività, equazione di Debye-Huckel, l’effetto sale su vari tipi di equilibri, teoria dell’interazione specifica. Il solvente acqua, entalpia di idratazione, eq. di Latimer, idrolisi dei cationi, classificazione dei cationi rispetto all’acidità, ossoanioni in acqua: stima della forza basica, forme più comuni degli elementi in acqua (diagrammi di distribuzione e di predominanza), previsioni di solubilità dei solidi ionici (effetti entalpici ed entropici), energia reticolare (ciclo di Born-Haber), acidi e basi di Brønsted in solventi non acquosi, pH efficace in acqua, impiego di solventi non acquosi, trattazione analitica e rappresentazione grafica del comportamento in acqua di acidi monoprotici, di miscele di acidi monoprotici, e di acidi poliprotici, diagrammi di distribuzione e di formazione per acidi di Brønsted, capacità tampone di specie mono e poliprotiche.
e.g. A. Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica; G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Composti di coordinazione (6 ore): nomenclatura, leganti mono e polidentati (effetto chelato ed effetto macrociclo), costanti di formazione parziali e totali dei complessi, rapporti di distribuzione, complessi polinucleari, acidi poliamminocarbossilici, costante condizionale, effetto del pH sulla formazione dei complessi di cationi metallici a differente acidità, modello di speciazione, titolazioni e indicatori complessometrici, effetto della formazione dei complessi sui potenziali redox, effetto della formazione dei complessi sulla solubilità dei solidi ionici.
e.g. e.g. A. Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica

Teoria dei composti di coordinazione (4 ore): proprietà chimico-fisiche, teoria elettrostatica semplice (i complessi ionici), teoria VB, teoria del campo cristallino (complessi a numero di coordinazione 4, 5 e 6), teoria del campo dei leganti, stabilità e reattività dei complessi alla luce della teoria del campo cristallino.
e.g. G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano


Il principio HSAB (2 ore): fondamenti e applicazioni.
e.g. G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Reazioni redox (4 ore): potenziale di una semicoppia da calcoli termodinamici, titolazioni red-ox (calcolo della costante di equilibrio della reazione e del potenziale al punto di equivalenza), stabilità delle soluzioni acquose rispetto alla riduzione o all’ossidazione del soluto, disproporzioni, fattori che influenzano il potenziale, diagrammi potenziale-pH (Pourbaix), potenziale redox e solubilità, potenziale formale.
e.g. A. Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica; G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA – Milano

Green chemistry: cenni sull’impiego dei fluidi supercritici in chimica (2 ore).
Fonti bibliografiche online

Principi di cromatografia (4 ore): coefficiente di ripartizione, l’apparato di Craig, piatti teorici di una colonna cromatografica, fattore di separazione, rapporto di capacità, risoluzione, equazione di Van Deemter, HETP, tipi di apparati cromatografici.
Fonti bibliografiche online

Elementi di Chimica Nucleare (10 ore): proprietà del nucleo atomico, energia nucleare in funzione di A, energia nucleare per nucleone, radioelementi naturali, stabilità dei nuclei in funzione di A e di Z, fattori di instabilità, tipi di decadimento nucleare, stati nucleari eccitati, isomeria nucleare, effetto Auger, legge cinetica del decadimento, costante di decadimento, emivita, attività, attività specifica (unità di misura), miscele di nuclidi, decadimento a catena, equilibrio radioattivo, interazione delle radiazioni con la materia, radioelementi artificiali, fissione e fusione nucleare, reazioni nucleari, notazione ed energia delle reazioni nucleari, reazioni indotte da protoni, particelle alfa, deutoni e neutroni, rivelatori (a ionizzazione gassosa, a scintillazione, a semiconduttore), radiodatazione, analisi radiometrica, analisi per attivazione, analisi per diluizione isotopica, generalità sull’impiego di radioisotopi a vita breve in medicina nucleare, sintesi veloci, radiofarmaci impiegati in diagnostica (PET) e in terapia (antitumorali).
e.g. M. Speranza et al: “Chimica Generale e Inorganica” – Edi-Ermes Milano; fonti bibliografiche online

Spetrometria di massa (10 ore): tipi principali di sorgenti (EI, CI, FAB, PD, FI, CAD, APCI, ESI), analizzatori di massa elettrostatico, magnetico, quadrupolare, a tempo di volo, detector (elettromoltiplicatore), risonanza ionica ciclotronica (ICR), trappola ionica. Lo spettro di massa (tipi prin¬cipali di ioni in relazione al tipo di sorgente, determinazione del peso molecolare, risoluzione, abbondanza isotopica), cenni all’interpretazione degli spettri di massa, apparati GC-MS, HPLC-MS e MS-MS.
Fonti bibliografiche online

Testi adottati

Poiché il corso prevede approfondimenti di argomenti fondamentali e introduzioni a tematiche di futuro sviluppo, gli studenti sono fortemente invitati a reperire informazioni direttamente dal web. Al solo scopo di riferimento, sono comunque indicati i seguenti testi:

Skoog, West, Holler: “Chimica Analitica. Una introduzione” - EdiSES S.r.l. – Napoli

A.Liberti, A. Napoli: “Lezioni di Chimica Analitica” - EUROMA - Ed. Univ. Di Roma – La Goliardica

A.Liberti: “Lezioni di Chimica Analitica” - EDIZIONI RICERCHE – Roma

G. Wulfsberg: “La Moderna Chimica Inorganica: Previsioni di reattività” - EDIZIONI LA SORBONA - Milano.

M. Speranza et al: “Chimica Generale e Inorganica” – Edi-Ermes Milano; fonti bibliografiche online

Prerequisiti

Per comprendere le lezioni ed assimilare criticamente i concetti è indispensabile conoscere la matematica fino allo studio delle funzioni e alle regole di derivazione/integrazione, nonché la chimica generale ed inorganica con particolare riferimento ai concetti di solubilità, concentrazione delle soluzioni, e alle proprietà acido-base e ossido-riduttive delle sostanze chimiche. E’ altresì importante la conoscenza della matematica statistica e delle proprietà chimico-fisiche delle soluzioni. In ultimo, è certamente utile avere una certa dimestichezza nell’uso del computer, con particolare riferimento all’impiego dei fogli di calcolo elettronici.

Modalità di valutazione

Gli appelli d’esame “regolari” sono fissati nei periodi stabiliti dal calendario accademico (almeno 5 date per anno accademico), il quale prevede anche degli appelli straordinari. Per il suo esame, lo studente riceve un foglio contenente cinque quesiti. Il candidato prede visione, ovvero elabora i quesiti (alcune domande possono richiedere una elaborazione grafica o matematica), in completa autonomia per circa un’ora. Quindi inizia la prova orale vera e propria, durante la quale partendo dai quesiti scritti si possono esplorare tutti gli argomenti del corso tramite connessioni e dipendenze. L’obiettivo della valutazione è quello di verificare le conoscenze acquisite dallo studente e la sua capacità di applicarle al contesto proprio dell’argomento in discussione e a quelli correlati, usando una proprietà di linguaggio adeguata anche dal punto di vista della terminologia tecnica e della nomenclatura ufficiale. Gli elementi presi in esame ai fini della valutazione sono: la conoscenza della materia in tutte le aree coperte dal programma del corso, l'impiego di un linguaggio appropriato, la partecipazione attiva durante le lezioni frontali, la capacità di ragionamento dimostrata in sede di colloquio di esame, la capacità di studio autonomo sui testi indicati e sul web. Il superamento dell’esame con il minimo dei voti richiede una conoscenza sufficiente degli argomenti fondamentali del corso, mentre per il conseguimento del punteggio massimo (30/30 e lode) lo studente deve dimostrare non solo di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati, ma anche di saperli comunicare con una logica filante, una congruenza puntuale e una dialettica brillante, muovendosi da un argomento ad un altro con la disinvoltura propria di chi ha interiorizzato la materia ben al di là del solo aspetto nozionistico.