Chimica generale

Modulo 1
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.
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. Idrolisi
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.
Chimica nucleare e radiochimica. Tipi di decadimento radioattivo. Effetti delle radiazioni sugli organismi viventi. Radioattività in medicina ed altre applicazioni.

Modulo 2
· Svolgimento di esercizi sulla stechiometria svolta nel modulo 1
· Esercitazioni pratiche in laboratorio: purificazione e ricristallizzazione dell'allume di potassio, precipitazione e cristallizzazione dell'acido benzoico, ciclo del rame, determinazione del titolo di una soluzione di HCl mediante titolazione acido-base.