Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere: (I descrittore di Dublino)
Al termine del corso lo studente avrà integrato le proprie conoscenze di
base sui fenomeni naturali che riguardano la trasformazione della
materia; avrà una panoramica completa sulle leggi che regolano la
struttura dell’atomo, delle molecole e dei composti; conoscerà i motivi
teorici che stanno alla base dei bilanci energetici durante le
trasformazioni della materia; saprà come ricavare lavoro elettrico da
processi di trasformazioni di ossidoriduzione.
Competenze: (II Descrittore: Capacità di applicare conoscenza e
comprensione)
Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di
capire alcune caratteristiche chimico fisiche delle sostanze, quali stato di
aggregazione e volatilità, durezza e fragilità sulla base delle conoscenze
della loro struttura. Saprà come fare un bilancio di spontaneità dei
processi chimici ed elettrochimici e quantificare la massa e l’energia in
gioco durante tali trasformazioni.
Autonomia di giudizio: (III, IV, V descrittore di Dublino)
Al superamento dell’esame lo studente dovrà possedere gli strumenti per
valutare in maniera critica una trasformazione chimica.
Capacità comunicative: (III, IV, V descrittore di Dublino)
Al superamento dell’esame lo studente dovrebbe aver maturato una
sufficiente proprietà di linguaggio, quanto meno per quanto attiene la
terminologia scientifica specifica dell’insegnamento.
Prerequisiti
E’ utile avere una buona conoscenza della matematica e della fisica di
base. Non è necessario avere informazioni preliminari di chimica in
quanto il corso comincia dai concetti elementari di tale materia
Contenuti dell'insegnamento
STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA
STRUTTURA ELETTRONICA DEGLI ATOMI
LEGAME CHIMICO
NOMENCLATURA CHIMICA E REAZIONI
TERMOCHIMICA
STATO GASSOSO
STATO LIQUIDO
STATO SOLIDO
SOLUZIONI
EQUILIBRIO CHIMICO
EQUILIBRI IN SOLUZIONE
ELETTROCHIMICA
CINETICA CHIMICA
CHIMICA ORGANICA
Programma esteso
STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA: Cenni allo sviluppo storico della
teoria atomica. Particelle fondamentali dell’atomo. Numero Atomico, Numero di massa Isotopi. Mole. Difetto di massa. Elementi e composti. Miscele e composti. Masse atomiche relative. Fondamenti di
stechiometria chimica.
STRUTTURA ELETTRONICA DEGLI ATOMI: Modelli atomici, modello
quantico di Bohr e cenni al modello atomico secondo la meccanica
quantistica. Radiazioni e.m. Ipotesi di Plank
degli elementi. Dualismo onda-particella. Principio di Heisenberg. Equazione di Schrödinger. Numeri quantici. Superfici limite degli orbitali. Lo spin dell’ elettrone. Metodo di Aufbau. Pricipio di Pauli e regola di Hund. Configurazioni elettroniche degli atomi polielettronici. Proprieta’ periodiche e tipi di elementi.
LEGAME CHIMICO: Legame ionico. Legame covalente. Formule di Lewis. Regola dell’ ottetto. Delocalizzazione elettronica e risonanza. Legame covalente polare. Elettronegatività. Teoria VB e teoria MO. Orbitali ibridi sp, sp2, sp3.
Geometria molecolare (Teoria VSEPR) e sua influenza sul momento di dipolo. Legame
metallico. Modello a “mare di elettroni”. Teoria delle bande. Conduttori, isolanti e semiconduttori intrinseci. Legami deboli: interazioni di van der Waals e legami di idrogeno.
NOMENCLATURA CHIMICA: Numero di ossidazione, classificazione e
nomenclatura dei principali composti inorganici. Principali tipi di reazioni
chimiche (acido/base, di scambio, redox)
TERMOCHIMICA: Calori di reazione e loro calcolo. Equazioni
termochimiche e diagrammi entalpici. Entalpie standard di formazione e
loro utilizzo. Principi della termodinamica. Entropia ed energia libera di
Gibbs
STATO GASSOSO: Generalità. Equazione di stato dei gas perfetti. I gas
reali. Equazione di Van der Waals. Legge di Dalton per le miscele
gassose. Cenni alla teoria cinetica dei gas. Cenni alla liquefazione dei gas
e alla temperatura critica.
STATO LIQUIDO: Generalità. Evaporazione. Tensione di vapore e sua
dipendenza dalla temperatura. Ebollizione. Sublimazione. Fusione e
solidificazione. Diagrammi di fase di acqua e anidride carbonica.
STATO SOLIDO: Solidi cristallini e solidi amorfi. Reticolo cristallino e
posizione dei piani reticolari. Sistemi cristallini. Celle primitive e non
primitive. Solidi cristallini di tipo ionico, covalente, metallico e
molecolare. Cristalli metallici. Difetti nei cristalli. Polimorfismo.
SOLUZIONI: Natura delle soluzioni. Modi di esprimere la concentrazione
delle soluzioni. Proprietà colligative delle soluzioni. Soluzioni ideali e non ideali. Tensione di vapore delle soluzioni: legge di Raoult
EQUILIBRIO CHIMICO: Legge dell’equilibrio chimico. Equilibri omogenei ed
eterogenei. Spostamento dell’equilibrio chimico secondo il principio di Le
Chatelier-Braun. Equilibri fra le fasi.
Diagramma di stato dello zolfo. Sistemi binari liquido-gas per soluzioni ideali. Distillazione frazionata. Sistemi binari solido-liquido: formazione di eutettico. Miscele frigorifere. Leghe e loro tipi.Equilibri di solubilità. Prodotto di solubilità.
EQUILIBRI IN SOLUZIONE: Teoria degli acidi e delle basi. Autoionizzazione
dell’acqua. Scala di pH. Idrolisi. Indicatori di pH. Soluzioni tampone
ELETTROCHIMICA: Celle elettrolitiche. Elettrolisi e relative applicazioni.
Stechiometria dell’elettrolisi. Celle galvaniche. Stechiometria dei processi
galvanici. Potenziali di elettrodo e forza elettromotrice in condizioni
standard. Equazione di Nernst. Determinazione del pH col metodo potenziometrico Applicazioni dei potenziali elettrodici
standard. Corrosione
CINETICA CHIMICA. Velocità di reazione. Teoria del complesso attivato. Fattori che influenzano la velocità di reazione. Cenni sui fenomeni di catalisi.
CHIMICA ORGANICA Alcani alcheni alchini. Idrocarburi aliciclici. Idrocarburi aromatici. Alogeno-derivati. Polimeri. Alcoli. Eteri. Aldeidi. Chetoni. Acidi carbossilici. Esteri. Ammine. Amminoacidi
Bibliografia
"Lezioni di Chimica per Ingegneria"
F. Ugozzoli - Libreria Medico Scientifica, Parma
"Fondamenti ti Chimica"
A. M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio -
Editori CEA
"Come risolvere i problemi di chimica"
F. Ugozzoli – CEA, Casa Editrice Ambrosiana
Metodi didattici
Il corso si articola in una serie di lezioni frontali avvalendosi della
proiezione di slide (scaricabili dallo studente dal sito elly) integrate da spiegazioni alla lavagna. Sono previste ore di esercitazioni
avvalendosi dell’aiuto di Professori delle Scuole Superiori, durante le quali
si affrontano esercizi che prevedono problemi e questionari sul
programma svolto.
Il docente è sempre disponibile, su appuntamento, a fornire spiegazioni al di fuori delle ore di lezione.
Modalità verifica apprendimento
La verifica della preparazione consiste in una
prova scritta (5 esercizi e 4 domande di teoria aperte da svolgere in tre ore di tempo) e in una prova orale a cui si accede se entrambe le parti dello scritto sono sufficienti.
Gli esercizi della prova scritta sono del tipo fatti durante le esercitazioni in aula e proposti sul libro di testo.
Una volta passata la prova scritta, questa è valida per un anno accademico.
Il voto è espresso in trentesimi.
Nella parte scritta, il voto degli esercizi e della parte di teoria sono calcolati separatamente. Ogni esercizio e ogni domanda di teoria possono valere da 0 a 10 punti. I singoli punteggi verranno poi sommati e scalati per essere riportati alla votazione in trentesimi.
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza in aula.
