Chimica generale e inorganica

A.A. 2020/2021
8
Crediti massimi
64
Ore totali
SSD
CHIM/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso, in linea con gli obiettivi formativi del corso di laurea, fornisce i fondamenti teorici e sperimentali delle scienze chimiche e familiarizza con il linguaggio di questa materia. Esso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della struttura della materia e delle leggi che regolano le reazioni, facendo riferimento alle proprietà termodinamiche dei sistemi e alla chimica delle soluzioni acquose.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente acquisirà gli strumenti per affrontare e maneggiare i concetti di base della chimica generale (e delle misure ad essa associate) ed elaborarli mediante un linguaggio formalmente corretto. Tali conoscenze sono propedeutiche per affrontare lo studio delle altre materie del corso di laurea, con particolare riferimento allo studio della chimica organica e della biochimica.
Programma e organizzazione didattica

Single session

Responsabile
Periodo
Primo semestre
METODI DIDATTICI
L'attività didattica del corso sarà erogata come insegnamento frontale e come apprendimento sincrono a distanza. La presenza in aula sarà possibile in turni nel rispetto delle norme anti-covid.
Le modalità e i criteri per partecipare alle lezioni in presenza, che prevedono una prenotazione con un'apposita app, saranno pubblicate sulla pagina Ariel dell'insegnamento e/o comunque dalla segreteria didattica del corso.
In caso di una nuova sospensione delle lezioni frontali, a tutti gli studenti verrà chiesto di passare all'apprendimento sincrono a distanza. Ogni ora della lezione sarà divisa in 45" di insegnamento formale seguita da 15" di discussione / interazione / tempo delle domande.
Tutte le lezioni saranno registrate e rese disponibili per gli studenti sulle piattaforme dedicate (ad es. Ariel, TEAMS, ecc.)
Qualsia eventuale avviso relativo ad aggiornamenti o anche legato all'evoluzione della normativa imposta dal Covid-19 sarà pubblicato sul sito Ariel del corso di laurea e dei singoli corsi di insegnamento nonché comunicato dalla segreteria didattica.

MATERIALE DI RIFERIMENTO
Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni. Quest'ultimo sarà reso disponibile sulle piattaforme dedicate (ad es. Ariel, TEAMS, ecc.)

MODALITA' DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO E CRITERI DI VALUTAZIONE
Se non diversamente specificato, gli esami saranno organizzati in aula e secondo le modalità di apprendimento riportate che non subiranno variazioni. Qualora lo studente non fosse in grado di raggiungere la sede degli esami per problemi relativi a COVID, potrebbero essere presi in considerazione altre modalità (questo vale solo per gli esami in programma fino al 31 dicembre - 2020).
Programma
Aspetti qualitativi e quantitativi della chimica (7 ore)
Introduzione al corso.
Cenni di storia della chimica: dall'alchimia ad oggi. Miscele e composti. Teoria atomica di Dalton e leggi delle combinazioni chimiche. Sistematizzazione delle proprietà atomiche: la tavola periodica di Mendeleev.
Nucleosintesi degli atomi leggeri e cenni di nucleosintesi degli atomi pesanti. Atomi, elementi chimici ed isotopi: numero e peso atomico. La moderna tavola periodica.
Molecole, composti e formule molecolari. Massa molecolare, peso molecolare, peso formula. Numero di Avogadro e concetto di mole.
Nomenclatura dei composti. Metalli, non metalli e metalloidi. Ossidi. Acidi e basi. Sali. Composti ionici e composti molecolari.

Struttura della materia (14 ore)
Struttura dell'atomo. Le particelle subatomiche. La radiazione elettromagnetica e lo spettro atomico. Atomo di Bohr. Descrizione quantomeccanica dell'atomo e funzioni d'onda.
Configurazione dell'atomo. Numeri quantici e orbitali. Principio di Pauli e regola di Hund. Conformazione elettronica degli elementi e tavola periodica. Proprieta' periodiche: grandezza degli atomi e degli ioni, energia di ionizzazione e affinità elettronica.
Legame chimico e struttura molecolare. Distribuzione degli elettroni. Legame ionico, covalente e metallico. Simboli e struttura di Lewis. Regola dell'ottetto. Risonanza. Elettronegatività. Momento dipolare e polarità delle molecole. Forma delle molecole (teoria VSEPR). Teoria del legame di valenza. Orbitali ibridi. Legami e legami multipli. Alcune strutture di molecole inorganiche e organiche (amminoacidi, basi azotate). Teoria degli orbitali molecolari. Forze intermolecolari deboli. Legame idrogeno.

Stechiometria (9 ore)
Unità di misura. Analisi dimensionale.
Varianza, deviazione standard ed errore standard. Errori nelle misure e cifre significative.
Formule ed unità chimiche. Moli, peso atomico e peso molecolare. Composizione percentuale e analisi elementare. Peso equivalente e valenza.
Reazioni chimiche: stechiometria e bilanciamento delle relative equazioni. Resa delle reazioni e agente limitante. Reazioni in soluzione acquosa. Reazione in fase gassosa. Equazioni ioniche nette. Espressioni di concentrazione. Diluizione.
Numeri di ossidazione. Reazione di ossidoriduzione (redox) e bilanciamento delle equazioni relative. Pesi equivalenti e normalità.

Stati di aggregazione della materia (6 ore)
Proprietà dei gas. Leggi dei gas ideali. Equazioni di stato dei gas ideali. Miscele di gas e pressioni parziali. Teoria cinetica dei gas. Effusione e diffusione. Gas non ideali ed equazione di van der Waals.
Proprietà dei liquidi. Diffusione dei gas in soluzione. Transizione di stato ed equilibri di fase. Tensione di vapore. Tensione superficiale. Viscosità. Descrizione qualitativa dei diagrammi di stato dell'acqua e dell'anidride carbonica. Proprietà dell'acqua.
Tipi di soluzione, processo di dissoluzione e tipologie di solventi di uso più comune. Unità di concentrazione e principi di solubilità. Legge di Raoult. Proprietà colligative. Osmosi. Colloidi e dispersioni colloidali.
Solidi. Solidi ionici, covalenti, molecolari e metallici. Reticoli cristallini. Cenni di diffrattometria di raggi X.

Controllo delle reazioni chimiche (12 ore)
Energia e sue unità di misura. Prima legge della termodinamica. Energia interna. Concetti generali di Termochimica ed energia nelle reazioni chimiche. Entalpia e calori di reazione: Legge di Hess. Calore specifico e capacita' termica. Calorimetria.
Termodinamica chimica. Seconda legge della termodinamica. Energia libera di Gibbs e criteri di spontaneità. Potenziale chimico. Descrizione termodinamica delle transizioni di fase.
Equilibrio chimico. Legge d'azione di massa. Costante di equilibrio. Quoziente di reazione. Principio di Le Chatelier.
Cinetica chimica. Velocità di una reazione chimica. Meccanismo di reazione. Energia di attivazione. Catalisi.

Chimica delle soluzioni acquose (6 ore)
Chimica degli acidi e delle basi. Prodotto ionico dell'acqua, pH, pOH e pKw. Elettroliti forti e deboli. Acidi e basi secondo Arrhenius e Brönsted-Lowry. Coppie coniugate di acido-base. Forza degli acidi e basi. Soluzioni acquose di acidi e basi forti e deboli. Grado di ionizzazione. Acidi poliprotici. Effetto ione a comune. Acidi e basi secondo Lewis. Legami covalenti dativi e ioni complessi. Reazioni tra acidi e basi. Idrolisi di sali. Soluzioni tampone. Titolazioni acido-base. Stechiometria nelle titolazioni. Indicatori acido-base. Calcolo del pH in soluzioni contenenti acidi, basi e Sali. Diagrammi di neutralizzazione.
Sali poco solubili e prodotto di solubilità. Reazioni di precipitazione. Solubilità e Kps. Solubilità e ione a comune. Influenza del pH sulla solubilità. Precipitazioni selettive. Solubilità e ioni complessi. Equilibri simultanei. Titolazioni redox.

Cenni di chimica bioinorganica (2 ore)
Amminoacidi naturali, pKa e punto isoelettrico. Metalli di transizione e chimica di coordinazione nei sistemi proteici: rame e zinco. Trasporto di ossigeno. Ossidoriduzioni di interesse biologico.

Elettrochimica (8 ore)
Celle elettrochimiche e celle elettrolitiche. Potenziali standard di riduzione. Forza elettromotrice di una pila. Energia libera e f.e.m. Celle voltaiche in condizione non standard: equazione di Nernst. F.e.m. e costante di equilibrio. Pile a concentrazione. Determinazioni potenziometriche del Kps e del pH. Elettrodi indicatori e di riferimento. Piaccametro. Elettrolisi e sue leggi. Elettrolisi di sali fusi e di soluzioni acquose. Elettrolisi dell'acqua. Batterie comuni e accumulatori. Corrosione dei metalli.
Prerequisiti
Il corso non richiede conoscenze preliminari
Metodi didattici
Il corso prevede lezioni frontali. La frequenza delle lezioni è obbligatoria
Materiale di riferimento
Teoria
N. J. Tro, Chimica un Approccio Molecolare; Ed. EdiSES
Stechiometria
P. Michelin Lausarot, G. A. Vaglio Stechiometria per la Chimica Generale. Ed. Piccin
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste di una prova scritta suddivisa in due parti; la prima si svolge tramite un test a risposta multipla, la seconda per mezzo di domande a risposta aperta. Il superamento della prima parte della prova costituisce passaggio propedeutico per lo svolgimento della seconda. Il voto finale sarà calcolato sulla base degli esiti delle due prove. Il voto finale viene espresso in trentesimi come somma delle due parti.
CHIM/03 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - CFU: 8
Lezioni: 64 ore