Corso di laurea in Chimica e Tecnologie Chimiche

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Acquisizione di competenze teoriche e operative relative alla chimica di base e alla pratica di laboratorio.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Acquisizione della capacità di applicare le conoscenze teoriche relative alla chimica di base alla risoluzione di esercizi e di problemi, e di applicare la pratica di laboratorio all’osservazione concreta dei concetti teorici appresi.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO Acquisizione di consapevole autonomia di giudizio con riferimento a valutazione e interpretazione di dati da misure sperimentali.

ABILITÀ COMUNICATIVE Acquisizione di competenze e strumenti per la comunicazione nella forma scritta e orale, in lingua italiana, unitamente all'utilizzo di linguaggi grafici e formali propri della chimica.

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO Acquisizione di capacità autonome di apprendimento e di autovalutazione della propria preparazione, atte ad intraprendere gli studi successivi con un alto grado di autonomia.  

Fondamenti di Chimica. Sostanze elementari e composte. Allotropi. Stati di aggregazione della materia. Fasi. Miscugli (omogenei ed eterogenei). Nozioni di base e definizioni sugli atomi: particelle costitutive e loro caratteristiche fisiche, numero atomico, numero di massa. Massa atomica e unità corrispondente. Isotopi. Concetto di mole e costante di Avogadro. Massa molecolare e massa molare. Formula minima, formula molecolare, formula di struttura. Isomeria strutturale. Conservazione della massa nelle reazioni chimiche.

Elementi di struttura dell’atomo. Particelle fondamentali. Modello nucleare degli atomi. Il Nucleo: stabilità dei nuclei. Decadimenti. Famiglie radioattive. Fissione e fusione nucleare. Onde elettromagnetiche. Effetto fotoelettrico. Spettroscopia atomica. Atomo di Bohr. Dualismo onda particella. L’atomo ondulatorio. Funzione d’onda e densità di probabilità (Ψ e Ψ²). Orbitali atomici e numeri quantici. Atomi multielettronici. Configurazioni elettroniche degli atomi e modello a gusci. Carica nucleare effettiva. Spettroscopia fotoelettronica degli atomi e “binding energy”.Periodicità delle proprietà chimiche e tavola periodica. Blocchi di elementi nella tavola periodica. Proprietà chimiche fondamentali degli elementi principali sula base della configurazione elettronica. Comportamento metallico e non metallico. Anfoterismo. Periodicità delle proprietà atomiche (dimensioni, energia di ionizzazione, affinità elettronica).

Legame chimico. Scambio di elettroni e legame ionico. Legame covalente. Elettronegatività. Energia configurazionale ed elettronegatività di Allen. Polarità dei legami. L’approccio di Lewis nella scrittura delle formule di struttura. Regola dell’ottetto ed espansione dell’ottetto. Geometrie molecolari e teoria della minima repulsione (VSEPR). Teoria del legame di valenza. Legami semplici e multipli. Legami σ e π. Ibridazione e orbitali ibridi. Orbitali ibridi e geometrie molecolari. Legame covalente coordinativo (dativo). Cenni alla teoria dell’orbitale molecolare. Forze intermolecolari: polarità delle molecole, interazioni dipolo-dipolo forze di dispersione, legame a ponte di idrogeno.

Reazioni chimiche elementari in chimica inorganica. Reazioni acido base, reazioni di ossido riduzione. Tecniche di bilanciamento delle ossidoriduzioni. Reazioni di precipitazione. Ioni complessi e reazioni di complessazione.

Stati di aggregazione della materia. Lo stato gassoso. Leggi fondamentali dello stato gassoso ed equazione di stato. Modello cinetico e cenni alla teoria cinetica dei gas. Gas reali ed equazione di van der Waals. Lo stato solido. Reticoli cristallini e celle elementari. Solidi e legame chimico. Solidi ionici, covalenti e molecolari. Legame metallico e solidi metallici. Lo stato liquido: proprietà dipendenti dalle forze intermolecolari. Tensione di vapore e sua dipendenza dalla temperatura. Equazione di Clausius-Clapeyron. Equilibri tra le fasi. Passaggi di stato (punto di congelamento e punto di ebollizione). Diagrammi di stato ad una componente. Curve di riscaldamento. Capacità termica molare e Entalpia del passaggio di stato (fusione etc.). Condizioni critiche.

Miscugli liquidi: sospensioni, colloidi, micelle. Soluzioni. Concentrazione ed unità di misura relative. Princìpi che regolano la solubilità (solventi polari e apolari). Tensione di vapore delle soluzioni. Legge di Raoult. Diagramma di stato per liquidi miscibili e principio della distillazione. Proprietà colligative delle soluzioni. Coefficiente di Van’t Hoff. Pressione osmotica.

Cenni di termodinamica chimica. Sistema e ambiente. Sistemi aperti, chiusi e isolati. Energia interna ed entalpia. Conservazione dell’energia e legge di Hess. Bilancio termico delle reazioni. Entalpia standard di formazione. Entropia e secondo principio della termodinamica. Spontaneità delle trasformazioni. Energia libera di Gibbs (o entalpia libera). DG ed equilibrio chimico.

Cinetica chimica. Velocità di reazione. Ordine di reazione. Reazioni del I ordine: dipendenza della concentrazione dal tempo. Tempo di dimezzamento e Datazione con isotopo 14C. Legge di Arrhenius ed energia di attivazione. Catalisi.

Equilibri in soluzioni acquose. Legge di azione di massa e costante di equilibrio. Principio di Le Chatelier. Proprietà degli acidi e delle basi. Teoria acido-base secondo Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Scala del pH. Equilibrio di autoprotolisi dell'acqua, Acidi e basi forti. Acidi e basi deboli. Concetto di coniugazione tra acidi e basi Acidi poliprotici. Sostanze anfiprotiche. Proprietà acido-base dei sali: equilibri di idrolisi. Soluzioni tampone. Equilibrio in sistemi eterogenei. Solubilità, prodotto di solubilità e effetto dello ione comune. Reazioni di precipitazione. Cenni ai composti di coordinazione e agli ioni complessi. Equilibrio di complessazione e costante di instabilità.

Elettrochimica - Celle galvaniche. Potenziali standard di riduzione. Elettrodo di riferimento. Potenziali e andamento delle reazioni redox. Equazione di Nerst. Pile a concentrazione. Lavoro elettrico nelle pile. Relazione tra DE°, Keq e DG°. Elettrolisi. Elettrolisi di sali fusi e di soluzioni acquose. Leggi di Faraday. Applicazioni elettrochimiche. Batterie comuni. Corrosione.

Chimica Inorganica Descrittiva. Origine degli elementi chimici (nucleogenesi). Distribuzione degli elementi. Chimica dei principali gruppi della Tavola periodica.

Stechiometria. Introduzione al calcolo chimico. Mole. Formula minima e molecolare. Reazioni chimiche non redox e loro bilanciamento. Relazioni ponderali: calcoli stechiometrici, reagente limitante, reazioni non quantitative e rese. Numero di ossidazione. Reazioni di ossido-riduzione (redox) e loro bilanciamento. Leggi dei gas (applicazioni della legge dei gas ideali e della legge di Dalton). Concentrazione delle soluzioni (molarità, molalità, % in peso ed in volume, frazione molare). Calcoli sulle diluizioni. Calcoli relativi agli equilibri di dissociazione in soluzioni di acidi e di basi. Calcolo del pH di soluzioni saline, (equilibri di idrolisi) e soluzioni tampone. Calcoli sugli equilibri di precipitazione. Elettrochimica, elettrolisi e leggi di Faraday, applicazione dell’equazione di Nernst.

Laboratorio. Equilibri acido/base, soluzioni tampone, idrolisi; equilibri di solubilità (effetto del pH e dello ione comune); reazioni di ossidoriduzione; sintesi e reattività di sali inorganici. 

L’insegnamento consiste di 88 ore di attività didattica frontale suddivise in 64 ore di lezioni teoriche e 24 ore di esercitazioni di stechiometria, cui si aggiungono 32 ore di attività esperienziale da svolgere in laboratorio.

La frequenza alle lezioni e alle esercitazioni in aula è facoltativa. Il laboratorio comporta l’obbligo di frequenza (frequenza minima richiesta 75%); si svolge nel secondo periodo didattico (aprile-maggio) ed ha una durata di 8 giorni per 4 ore al giorno. A seconda della numerosità degli studenti l’accesso avverrà per gruppi.

Le lezioni teoriche in aula utilizzano metodiche tradizionali della lezione frontale (lavagna) e affiancando immagini e grafici (proiezione) in particolare nei casi in cui l'immagine necessaria sia di qualità sofisticata. Il materiale didattico utilizzato a lezione sarà reso disponibile sulla pagina Moodle dell'insegnamento. 

Si prevede una parte deli'insegnamento dedicata ad esercitazioni di calcolo (stechiometria) durante le quali gli studenti sono coinvolti in modo attivo ( esercizi alla lavagna). 

Le esercitazioni pratiche sono invece condotte in laboratorio dove ogni studente, dopo la necessaria preparazione,  riceve una postazione individuale per condurre gli esperimenti.

In presenza

Esame costituito da una prova scritta ed una orale (entrambi obbligatori)

La prova scritta consiste di 8 esercizi di stechiometria e di reattività elementare sugli argomenti svolti durante l'insegnamento, volti a verificare la familiarità di studenti e studentesse con le grandezze chimiche e l'abilità acquisita nell' utilizzarle. Il voto, espresso in trentesimi, è valido fino alla fine dell’anno solare. La prova scritta potrà essere sostenuta più volte nel corso dell’anno solare. In questo caso verrà considerato valida ai fini della valutazione finale l’ultima prova scritta sostenuta. Durante qualsiasi prova (scritta o orale) sarà possibile ritirarsi in qualsiasi momento senza alcuna penalizzazione. Il risultato positivo (≥18/30) di questa prova è condizione necessaria per l'accesso alla prova orale.

La prova orale verte principalmente sugli aspetti teorici dell'insegnamento, al fine di valutare sia la comprensione dei principi fondamentali della chimica sia la capacità di studenti e studentesse di descrivere ed applicare tali principi a contesti reali.

Note:

• In ciascuno dei periodi di esame previsti dal calendario delle attività didattiche viene fissata almeno una coppia di date per la prova scritta e la prova orale.
• Gli studenti e le studentesse sono tenuti ad iscriversi seguendo la procedura di Ateneo. In caso di problemi e difficoltà gli studenti sono invitati a contattare i docenti.
• In caso di esito positivo della prova scritta studenti e studentesse pussono sostenere la prova orale, purchè entro la fine dell’anno solare.
• La registrazione del voto finale a libretto è vincolato alla frequenza al laboratorio e avverrà dalla sessione di esami estiva in poi. 

Durante l'intera durata dell'insegnamento saranno svolte attività di tutorato, facoltative e aggiuntive rispetto a quelle proprie dell'insegnamento, per la revisione in aula di alcuni argomenti e lo svolgimento di ulteriori problemi di stechiometria rispetto a quelli proposti dai docenti.

Inoltre, i docenti sono disponibili su appuntamento telematico a discutere, ripetere e chiarire i concetti spiegati nelle lezioni.