Chimica generale

A.A. 2020/2021
8
Crediti massimi
88
Ore totali
SSD
CHIM/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso di Chimica Generale ha lo scopo di fornire agli studenti le basi generali della Chimica. Il corso si propone di introdurre gli studenti al linguaggio ed alla metodologia delle scienze chimiche e di fornire loro gli strumenti necessari alla comprensione dei successivi insegnamenti di Chimica attraverso lo studio della natura degli elementi e dei loro composti chimici e l'esame delle reazioni chimiche e dei parametri ad esse associati. Particolare interesse è rivolto allo studio della stechiometria, delle soluzioni e degli equilibri chimici, in particolare gli equilibri in soluzione. Il corso consentirà allo studente di acquisire quelle informazioni basilari della chimica necessarie alla comprensione dei processi chimici, anche molto complessi, quali quelli che avvengono negli organismi viventi o nell'ambiente. Il Laboratorio si propone di fornire agli studenti una formazione atta ad abilitarli all'accesso ai laboratori didattici insieme agli strumenti basilari per l'apprendimento delle più comuni operazioni di laboratorio (filtrazione, purificazione, solubilizzazione, titolazione, precipitazione, cristallizzazione).
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento di Chimica Generale lo studente dovrà possedere le conoscenze scientifiche teoriche di base e acquisire le competenze necessarie per il proseguimento del corso di studi in SSCTA. Le conoscenze del calcolo stechiometrico, dei fattori che influenzano l'equilibrio di una reazione chimica, delle proprietà delle soluzioni ideali, della relazione tra struttura e proprietà degli atomi permetteranno allo studente di acquisire la capacità di comprendere e proseguire lo studio delle discipline chimiche applicative e professionalizzanti del corso in SSCTA in modo autonomo.

Inoltre il modulo di esercitazione in laboratorio fornisce la preparazione e la formazione di base necessaria alle attività di laboratorio professionalizzanti del corso in SSCTA. In particolare, le prove di laboratorio e le relative relazioni scritte dell'esperienze, forniranno allo studente capacità critiche e di giudizio nella redazione autonoma di report scientifici.
Programma e organizzazione didattica

Single session

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Le lezioni si terranno sulla piattaforma Zoom e potranno essere seguite sia in sincrono sulla base dell'orario del primo trimestre sia in asincrono perché
saranno registrate e lasciate a disposizione degli studenti su Ariel.

Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni.

Laddove la regolamentazione lo consentisse scritto e orale si svolgeranno in presenza, in caso contrario entrambi gli esami saranno effettuati da remoto utilizzando la piattaforma Zoom
Programma
Modulo 1
Programma
Materia, misura e risoluzione dei problemi. Atomi e molecole. Classificazione della materia. Trasformazioni e proprietà fisiche e chimiche. Energia. Unità di misura. Affidabilità di una misura. Risolvere i problemi chimici.
Atomi e elementi. La teoria atomica. La struttura dell'atomo. Protoni, neutroni, elettroni. La tavola periodica. Peso atomico. Massa molare.
Molecole, composti, equazioni chimiche. Legami chimici. Formule chimiche e modelli molecolari. Elementi e composti. Formula e nomenclatura dei composti ionici. Formula e nomenclatura dei composti molecolari. Massa molecolare e mole. Composizione dei composti. Determinazione della formula chimica. Bilanciamento delle equazioni chimiche.
Quantità chimiche e reazioni in soluzione acquosa. Stechiometria delle reazioni. Reagente limitante e resa. Concentrazione e stechiometria. Tipi di soluzioni e solubilità. Reazioni di precipitazione. Equazioni molecolari e ioniche. Reazioni acido-base e con sviluppo di gas. Reazioni di ossido-riduzione.
I gas. Pressione. Leggi di Boyle, Charles e Avogadro. Legge dei gas ideali (gas perfetti). Applicazioni della legge dei gas ideali. Miscele gassose e pressioni parziali. I gas nelle reazioni chimiche.
Termochimica. Natura dell'energia. Prima legge della termodinamica. Calore (capacità termica) e lavoro di espansione. Calorimetria a volume costante. Entalpia. Calorimetria a pressione costante. Relazioni che coinvolgono il ΔHreaz. Entalpie di reazione da entalpie standard di formazione.
Il modello quanto-meccanico dell'atomo. La meccanica quantistica. Principio di indeterminazione e indeterminatezza. Soluzione dell'equazione di Schrödinger per l'atomo di idrogeno. La forma degli orbitali atomici.
Proprietà periodiche degli elementi. Configurazioni elettroniche. Configurazioni elettroniche e tavola periodica. Potere esplicativo del modello quanto-meccanico. Andamenti periodici: dimensione atomica e carica effettiva. Ioni: raggio ionici ed energia di ionizzazione. Affinità elettroniche. Proprietà periodiche: metalli alcalini, alogeni, gas nobili.
Legame chimico: la teoria di Lewis. Tipi di legami chimici. Rappresentazione a punti degli elettroni di valenza. Legame ionico: strutture di Lewis; modelli e realtà. Legame covalente: strutture di Lewis. Elettronegatività e polarità del legame. Strutture di Lewis dei composti molecolari e degli ioni poliatomici. Risonanza e carica formale. Eccezioni alla regola dell'ottetto: ottetti incompleti ed ottetti espansi.
Liquidi e forze intermolecolari. Solidi liquidi e gas: un confronto molecolare. Forze intermolecolari (dispersione, dipolo-dipolo, legame a idrogeno, ione-dipolo). Tensione superficiale, viscosità e azione capillare. Vaporizzazione e pressione di vapore. Sublimazione e fusione. Diagrammi di fase. Proprietà dell'acqua.
Soluzioni. Tipi di soluzioni e solubilità. Energetica della soluzioni. Equilibrio delle soluzioni e fattori che influenzano la solubilità. Modi per esprimere la concentrazione: molarità, frazione molare, molalità. Proprietà colligative. Proprietà colligative di soluzioni di elettroliti.
Cinetica chimica. La velocità di una reazione chimica. La legge cinetica. L'effetto della temperatura sulla velocità di reazione.
L'equilibrio chimico. Il concetto di equilibrio dinamico. La costante di equilibrio (K). L'equazione della costante di equilibrio in termini di pressione. Equilibri eterogenei: reazioni che coinvolgono solidi e liquidi. Calcolo della costante di equilibrio da misure di concentrazione all'equilibrio. Il quoziente di reazione. calcolo delle concentrazioni all'equilibrio. Il principio di Le Châtelier - Braun.
Acidi e basi. natura di acidi e basi. Definizioni di acidi e basi secondo Arrhenius e Brønsted. Forza degli acidi e costante di dissociazione acida. Autoionizzazione dell'acqua e pH. Soluzioni basiche. Proprietà acido-base di ioni e sali. Acidi poliprotici. Forza degli acidi e struttura molecolare. Acidi e basi di Lewis.
Equilibri ionici in soluzione acquosa. Soluzioni tampone. Intervallo di azione e potere tamponante. Equilibri e costanti di solubilità. Reazioni di precipitazione.
Energia libera. Processi spontanei e non spontanei. Entropia e seconda legge della termodinamica. Calore e variazione di entropia dell'ambiente. Energia libera di Gibbs. Variazioni di energia libera per stati non standard. Relazione tra ΔG°reazione e costante di equilibrio.
Elettrochimica. Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione. Celle voltaiche e reazioni spontanee. Potenziali standard degli elettrodi. Potenziale di cella, energia libera e costante di equilibrio. Potenziale di cella e concentrazione: l'equazione di Nernst.
Chimica nucleare e radiochimica. Tipi di decadimento radioattivo. Effetti delle radiazioni sugli organismi viventi. Radioattività in medicina ed altre applicazioni.

Modulo 2
Programma
· Svolgimento di esercizi sulla stechiometria svolta nel modulo 1
· Esercitazioni pratiche in laboratorio: purificazione e ricristallizzazione dell'allume di potassio, precipitazione e cristallizzazione dello ioduro di piombo, ciclo del rame, determinazione del titolo di una soluzione di HCl mediante titolazione acido-base.
Prerequisiti
Prerequisiti: Conoscenze di matematica di base (algebra, equazioni algebriche di primo e secondo grado, logaritmi).
Metodi didattici
Modulo 1
Unita' didattica: lezioni
CHIM/03 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - CFU: 5
Lezioni frontali: 40 ore

Modulo 2
Unita' didattica: esercitazioni
CHIM/03 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - CFU: 3
Esercitazioni in aula: 16 ore
Esercitazioni di laboratorio a posto singolo: 32 ore
Materiale di riferimento
N. J. Tro, Chimica Un approccio molecolare, EdiSES
K. W. Whitten, R. E. Davis, M. L. Peck, G. G. Stanley, Chimica, Piccin
P. Atkins, L. Jones, Chimica Generale, Zanichelli
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Scritto. Lo studente è ammesso all'esame scritto solo se ha consegnato preventivamente la Relazione di Laboratorio, fatta eccezione per gli studenti esentati dal Laboratorio. La Relazione di Laboratorio rientrerà nella valutazione finale.
Orale. Lo studente è ammesso all'esame solo se avrà superato la prova scritta con un punteggio superiore o uguale a 16/30.
Moduli o unità didattiche
Unità didattica: esercitazioni
CHIM/03 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - CFU: 3
Esercitazioni: 16 ore
Esercitazioni di laboratorio a posto singolo: 32 ore

Unità didattica: lezioni
CHIM/03 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - CFU: 5
Lezioni: 40 ore

Siti didattici
Docente/i
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