CHIMICA GENERALE E INORGANICA
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- ALESSANDRA BOSCHI
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- CHIM/03
Obiettivi formativi
- Il corso intende presentare i fondamenti teorici e sperimentali delle Scienze Chimiche e fornire un’introduzione elementare sul ruolo svolto dalla chimica nell’interpretazione dei fenomeni biologici.
Lo studente sarà in grado di interpretare le proprietà fondamentali degli elementi, la struttura e le proprietà delle molecole, le proprietà dei gas e delle soluzioni, nonché i principi di base della reattività chimica.
Le principali conoscenze acquisite durante il corso riguardano i fondamenti della teoria atomica e molecolare; la teoria fenomenologica dei gas ideali; la descrizione dei solidi; dei liquidi e delle soluzioni; i fondamenti della termodinamica classica, e la descrizione termodinamica elementare delle reazioni chimiche; le reazioni acido-base, di ossido-riduzione e di precipitazione, i fondamenti di elettrochimica, la descrizione elementare delle proprietà periodiche degli elementi più importanti per la biologia; le semplici operazioni sperimentali del laboratorio di chimica.
Le principali abilità acquisite durante il corso riguardano le interpretazione delle proprietà fondamentali degli elementi, della struttura e delle proprietà delle molecole; l’esecuzione di calcoli stechiometrici; il calcolo delle proprietà dei gas e delle soluzioni; il calcolo degli equilibri in soluzione acquosa e il calcolo dei potenziali termodinamici,
Saranno descrizione e discussione i risultati osservati e dei dati ottenuti durante lo svolgimento di una prova sperimentale. Prerequisiti
- Sebbene non sia stata introdotta alcuna norma di propedeuticità, si ritiene comunque utile possedere concetti fondamentali di algebra elementare e concetti di fisica elementare.
Contenuti del corso
- Teoria atomica e molecolare (25 ore)
Metodo scientifico e richiami di fisica elementare. Teoria atomica di Dalton, Massa atomica, Scala relativa dei pesi atomici. Atomi e molecole, Formula empirica, Formula molecolare, Peso molecolare, Mole, Massa Molare. Modello atomico di Rutherford, Particelle elementari, Protone, Neutrone, Elettrone, Numero atomico, Numero di massa, Isotopi.Tipi di composti chimici, Composti binari degli elementi con lidrogeno, Ossidi, Ossidi acidi e basici, Ossidi anfoteri, Perossidi, Sali, Peso formula, Stati di ossidazione. Reazioni chimiche, Reazioni acido-base, Reazioni di ossido-riduzione, Principio di conservazione della massa, Principio di conservazione della carica, Bilanciamento di una reazione chimica, Calcoli stechiometrici, Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione. Emissione del corpo nero, Ipotesi di Planck, Quantizzazione dellenergia, Modello atomico di Bohr, Effetto fotoelettrico.
Elementi di meccanica quantistica, Ipotesi di De Broglie, Modello ondulatorio dellatomo di idrogeno, Probabilità quantistica, Numeri quantici, Orbitali atomici, Spin elettronico, Principio di esclusione di Pauli, Configurazione elettronica degli atomi polielettronici. Tabella periodica, Gruppi e periodi, Elementi metalli e non-metallici. Legame chimico, Valenza, Teoria di Lewis, Strutture di Lewis e risonanza, Cariche formali, Eccezioni alla regola dellottetto. Geometria molecolare, Modello della repulsione delle coppie elettroniche (VSEPR), Elettronegatività, Molecole polari. Elementi della teoria del legame di valenza, Legami s e p, Orbitali ibridi.
Stati della materia (5 ore)
Stato gassoso, Le variabili PVT, Gas ideali, Temperatura assoluta, Ipotesi di Avogadro, Equazione di stato dei gas ideali, Gas reali, Equazione di Van der Waals. Stato solido, Solidi ionici, Solidi molecolari, Solidi covalenti, Solidi metallici, Struttura dellacqua solida, Legame ad idrogeno, Interpretazione del legame ad idrogeno intermolecolare. Stato liquido, liquidi polari e apolari, Soluzioni, Evaporazione, Tensione di vapore, Soluzioni ideali, Legge di Raoult. Transizioni di fase, Diagramma di stato, Diagramma di stato dellacqua, Proprietà colligative.
Reazioni chimiche (20 ore)
Reazioni chimiche, Equilibrio chimico. Acidi e basi, Definizione di Arrhenius, Idrossidi e acidi forti, Acidi e basi deboli, Definizione di Broensted-Lowry, Costante di dissociazione acida e basica, Prodotto ionico dellacqua, pH e pOH, Soluzioni tampone. Solubilità dei sali, Prodotto di solubilità.
Termodinamica ed elettrochimica (14 ore)
Introduzione alla termodinamica, Trasformazione del lavoro meccanico in calore, Esperienza di Joule, Equivalente meccanico del calore, Conservazione dellenergia, Lavoro meccanico di espansione di un gas ideale, Trasformazione reversibile ed irreversibile, Primo principio della termodinamica, Energia interna, Funzione di stato, trasformazione di calore in lavoro, Entropia, Processi reversibili ed irreversibili rispetto al tempo, Spontaneità ed irreversibilità, Secondo principio della termodinamica, Interpretazione dellentropia, Disuguaglianza di Clausius, Definizione termodinamica della temperatura, Interpretazione molecolare dellentropia, Microstati di un sistema termodinamico, Statistica termodinamica, Equazione di Boltzmann. Energia libera di Gibbs, Equazione di Vant Hoff. Lavoro elettrico ed energia libera, Celle elettrochimiche, Potenziale elettrochimico, Equazione di Nernst, Pile elettrochimiche, Elettrolisi.
Esercitazioni di laboratorio (8 ore)
Osservazione del decorso di alcune reazioni chimiche, Preparazione di soluzioni, Determinazione del pH di soluzioni acquose, Titolazioni, Misura strumentale del pH. Metodi didattici
- Il corso ha la seguente organizzazione (in assenza di limitazioni legate alla pandemia sanitaria): lezioni teoriche in aula, approfondimento di questioni teoriche in aula, risoluzione di problemi numerici in aula, esercitazioni di laboratorio svolte attraverso l’esecuzione di prove sperimentali guidate in laboratorio. Gli studenti eseguono la prova sperimentale proposta in modo indipendente. Prima dell’esecuzione, i principi dell’esperimento sono presentati e discussi con gli Studenti. Nel corso dell’esperimento, gli studenti possono consultare una guida scritta che descrive le varie fasi e operazioni di cui è composta la procedura sperimentale.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di comprensione e approfondimento degli argomenti esposti durante il corso. Essa intende anche valutare le capacità di ragionamento dello Studente, la sua attitudine ad utilizzare un corretto formalismo scientifico e di formulare deduzioni logicamente consistenti a partire dai concetti e principi astratti che stanno alla base della teoria chimica. L’esame è costituito da una prova scritta per la quale si prevede la risoluzione di 10-13 quesiti teorico-numerici. Durante la prova d'esame lo studente potrà consultare la tavola periodica, un formulario (massimo 2 facciate formato A4) e la calcolatrice. Il tempo totale a disposizione sarà non superiore a due ore. Ad ogni domanda sarà attribuito chiaramente un punteggio. A disposizione saranno 33 punti totali. Al raggiungimento del massimo punteggio ottenibile sarà attribuita la lode.
Testi di riferimento
- Testi consigliati a scelta tra:
CHIMICA Un approccio molecolare, II edizione
Tro, Nivaldo J
(EdiSES)
Chimica moderna
di David W. Oxtoby, H. P. Gillis, Alan Campion
(EdiSES)
Chimica generale
di Ralph H. Petrucci
(Piccin-Nuova Libraria)
Chimica
John C. Kotz, Paul M. Treichel, John R. Towsend
(EdiSES)
Fondamenti di chimica generale
di Peter Atkins, Loretta Jones
(Zanichelli)
Dispense di chimica a cura del docente del corso.
