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CHIMICA GENERALE E INORGANICA E LABORATORIO - Corso B (cognomi L-Z)

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GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY WITH LAB

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Anno accademico 2019/2020

Codice attività didattica
MFN1163
Docenti
Prof. Roberto Gobetto (Titolare del corso)
Prof. Michele R. Chierotti (Titolare del corso)
Dott. Paola Benzi (Titolare del corso)
Corso di studio
Chimica e Tecnologie Chimiche
Anno
1° anno
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
12
SSD attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Lezioni frontali facoltative; laboratorio obbligatorio
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Nozioni di chimica previste dal test di ingresso
Nozioni base di matematica (potenze, logaritmi, equazioni di primo e secondo grado, proporzioni, percentuali, conversioni unità di misura)
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Sommario del corso

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Avvisi

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Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della struttura della materia, del legame chimico e delle leggi che regolano le reazioni chimiche. Fornirà inoltre le conoscenze di base relative alle proprietà chimiche dei principali elementi del sistema periodico.
Il corso si propone inoltre di introdurre gli studenti alla pratica di laboratorio, consentendo loro di apprendere le modalità per il corretto svolgimento delle operazioni più comuni (manipolazione dei reagenti chimici, preparazione di soluzioni, cristallizzazione, filtrazione, ecc.), e di proporre un approccio concreto ai concetti appresi nella parte teorica del corso.

The main aim of the course is to give the basic knowledge about structure of the matter, chemical bond and laws that rule the chemical reactions. Moreover, the course will give the basic knowledge about the chemical properties of the main elements of the periodic table.

Furthermore, the course will introduce students to the laboratory practice. This will allow learning the most common laboratory operations (handling of chemical reagents, preparation of solutions, crystallization, filtration…) providing practical approaches to the theoretical part of the course.

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Risultati dell'apprendimento attesi

L'insegnamento ha l'obiettivo di fornire allo studente gli strumenti per capire la materia e le trasformazioni chimiche che la coinvolgono ed è propedeutico a tutti i corsi di chimica degli anni successivi.
Conoscenza delle nozioni di base della Chimica per la comprensione delle leggi fondamentali che descrivono la trasformazione e le proprietà della materia. Conoscenza delle pratiche di base del laboratorio (vetreria, sicurezza, operazioni comuni come pesata, filtrazione, diluizione...).

The goal of the course is to provide students the tools for understanding the matter and its chemical transformations. It is preparatory for all chemical courses of the next years. At the end of the course, students are required to know:

- the chemical basic knowledge for the comprehension of the fundamental laws which describe properties and transformations of the matter;

- the knowledge of the periodic table and its properties;
- how to solve basic stoichiometric exercises about chemical reactions and equilibria; - the knowledge of the basic laboratory practices.

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Programma

Teoria (64 ore)

1) Fondamenti di Chimica. Sostanze elementari e composte. Allotropi. Stati di aggregazione della materia. 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. Il concetto di mole e la costante di Avogadro. Massa molecolare e massa molare. Formula minima, formula molecolare, formula di struttura. Isomeria strutturale.

2) Elementi di struttura dell’atomo. Particelle fondamentali. Modello nucleare degli atomi. Il Nucleo: stabilità dei nuclei. DecadimentOnde elettromagnetiche. Effetto fotoelettrico. Spettroscopia atomica. Atomo di Bohr. Dualismo onda particella. L’atomo ondulatorio. Funzione d’onda e densità di probabilità (y e y2). Orbitali atomici e numeri quantici. Atomi polielettronici. Configurazioni elettroniche degli atomi e modello a gusci. Periodicità delle proprietà chimiche e tavola periodica. Comportamento metallico e non metallico. Periodicità delle proprietà atomiche (dimensioni, energia di ionizzazione).
3) Legame chimico. Scambio di elettroni e legame ionico. Legame covalente. Elettronegatività e polarità dei legami. L’approccio di Lewis. Geometrie molecolari e teoria della minima repulsione (VSEPR). Teoria del legame di valenza. Legami semplici e multipli. Legami s e p. Ibridazione e orbitali ibridi. Orbitali ibridi e geometrie molecolari. Cenni alla teoria dell’orbitale molecolare. Legame metallico. Legame chimico e composti binari (ionicità vs. covalenza vs. stato metallico). Proprietà chimiche fondamentali degli elementi principali. Forze intermolecolari.
4) Stati di aggregazione della materia. Lo stato gassoso. Modello cinetico e cenni alla teoria cinetica dei gas. Lo stato solido. Reticoli cristallini e celle elementari. Solidi e legame chimico. Lo stato liquido: proprietà dipendenti dalle forze intermolecolari. Equilibri tra le fasi. Passaggi di stato (punto di congelamento e punto di ebollizione). Diagrammi di stato ad una componente. Sospensioni, colloidi, micelle. Soluzioni. Princìpi che regolano la solubilità (solventi polari e apolari). Tensione di vapore delle soluzioni. Legge di Raoult. Proprietà colligative delle soluzioni.
5) Spontaneità delle reazioni chimiche. Entalpia libera ed equilibrio dinamico. Legge di azione di massa e costante di equilibrio. Principio di Le Chatelier. Equilibrio in sistemi eterogenei. Equilibri in soluzioni acquose. 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. Acidi poliprotici. Sostanze anfiprotiche. Proprietà acido-base dei sali: equilibri di idrolisi. Soluzioni tampone. Prodotto di solubilità e effetto dello ione comune.
6) Elettrochimica - Conducibità elettrica. Celle galvaniche. Potenziali di riduzione standard. Elettrodo di riferimento. Equazione di Nernst. Pile a concentrazione. Relazione tra E° e Keq. Elettrolisi. Elettrolisi di sali fusi e di soluzioni acquose. Leggi di Faraday.
7) Cinetica chimica. Velocità di reazione. Ordine di reazione. Reazioni del I ordine: dipendenza della concentrazione dal tempo. Tempo di dimezzamento e correlazione tra tempo di dimezzamento e k cinetica. Datazione con isotopo 14C. Legge di Arrhenius.
8) Chimica Inorganica Descrittiva – Chimica dei principali gruppi della Tavola periodica.

 Stechiometria (24 ore)

Esercitazioni di stechiometria inerenti gli argomenti affrontati durante le lezioni frontali:

- Mole, formule minime e molecolari, % in peso, bilanciamento di reazioni non redox, reagente limitante, resa di reazione;
- Bilanciamento reazioni redox;
- Leggi dei gas;
- Concentrazione e composizione delle soluzioni;
- Equilibri in fase gassosa – Kc e Kp;
- Equilibri in soluzione: equilibri acido/base, idrolisi e tamponi, Equilibri di solubilità;
- Elettrochimica.

 Laboratorio (32 ore)

Svolgimento di esperienze pratiche in laboratorio sui seguenti argomenti: 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.

 

Theory (64 hours)

1) Principles of Chemistry. Molecules and molecular compounds. Allotropes. Aggregation States of the Matter. Atomic number, mass number and isotopes. Molecular mass and formula mass. The mole. Molecular formula, empirical formula, ions and ionic compounds.

2) The atomic theory: structure of the atom, nuclear model of the atom. The proton and the nucleus. Radioactivity. Quantum theory, quantization of energy. Photons and photoelectric effect. Bohr's theory of the hydrogen atom. The Schroedinger equation. Quantum numbers. Atomic orbitals, electron configuration. The periodic table. Periodic trends in chemical properties of the main group elements.
3) Chemical bond. Ionic bond. Covalent bond. Electronegativity and polarity. The Lewis approach. Molecular geometry and the VSEPR model. Valence bond theory. Multiple and single bonds: s and p bonds. Hybridization and hybrid orbitals. Hybrid orbitals and molecular geometries. Molecular orbital theory. Metallic bond. Chemical bonding and binary compounds. Fundamental chemical properties of the main elements. Intermolecular forces.
4) States of matter. Properties of gases. The kinetic molecular theory of gases. Properties of solids. Crystal structures and unit cells. Solids and chemical bonding. The liquid state: property dependent on intermolecular forces. Equilibrium between the phases. Phase changes. Phase diagram. Suspensions, colloids, micelles. Types of solutions. Raoult's law. Colligative properties of solutions.
5) Spontaneous reactions. Enthalpy and entropy. The concept of equilibrium and the equilibrium constant. Le Chatelier's principle. Heterogeneous equilibria. Aqueous equilibria. Arrhenius, Bronsted-Lowry and Lewis acids and bases. The acid-base properties water. The pH scale. Strong and weak acids and bases. Polyprotic acids. Amphoteric substances. Acid-base properties of salt solutions: hydrolysis. Buffer solutions. Solubility product and common ion effect.
6) Electrochemistry. Galvanic cells. Standard reduction potentials. Nernst equation. Concentration cells. Electrolysis. Faraday's laws.
7) Chemical kinetics. Reaction rate. Reaction order. First-order reactions: concentration dependence vs. time. Half-life, Arrhenius law
8) Properties of the main groups of the Periodic Table.

 Stoichiometry (24 hours)

Exercises on the following subjects:

- mole, empirical and molecular formulas, percent by mass, reaction yield, the limiting reactant;
- balancing redox reactions;
- gas laws;
- concentration and composition of the solutions;
- equilibria in the gas phase (Kc, Kp);
- equilibria in solution: acid/base equilibria, hydrolysis, buffer solutions, heterogeneous equilibria;
- electrochemistry.

 Laboratory (32 hours)

Practical experiences in the laboratory on the following topics: acid/base equilibria, buffer solutions, hydrolysis; heterogeneous equilibria (pH effect and the common ion effect); redox reactions; synthesis and reactivity of inorganic salts.

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali di teoria non obbligatorie

lezioni frontali di stechiometria non obbligatorie

laboratorio obbligatorio

Attendance for the theoretical part: optional for the lessons

Attendance for the stoichiometrich part: optional for the lessons and mandatory for the laboratory.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame si svolge, di norma, come segue: scritto+orale. Lo scritto è composto solo di esercizi di stechiometria (8 esercizi su tutti gli argomenti di stechiometria) mentre l'orale, che si può sostenere solo dopo aver superato lo scritto (cioè con una votazione superiore o uguale a 18/30) e seguito il laboratorio, è sia sulla teoria che sulla stechiometria. All'esame scritto è necessario venire muniti di calcolatrice scientifica.

written examination with stoichiometric exercises and oral examination. Positive mark in the written exam and laboratory attendance are mandatory to take the oral exam.

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Testi consigliati e bibliografia

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile presso: la pagina web dell'insegnamento sul sito del corso di laurea.

I testi base consigliati per la parte di teoria sono:

1) P. Zanello, R. Gobetto, R. Zanoni – Conoscere la chimica (Ed. Ambrosiana)
2) J. Burge - Chimica (Ed. Ambrosiana)
3) P. Atkins, Chimica Generale (Zanichelli)

 I testi base consigliati per la parte di stechiometria sono:

1) P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio - Fondamenti di stechiometria (Piccin)

2) P. Giannoccaro, S. Doronzo - Elementi di stechiometria (EdiSES)
3) C.F. Nobile, P. Mastrorilli - Esercizi di chimica (Ed. Ambrosiana)

 

Slides shown during the lessons are available on the web page of the course.

The suggested books for the theory are:

1) P. Zanello, R. Gobetto, R. Zanoni – Conoscere la chimica (Ed. Ambrosiana)
2) J. Burge - Chimica (Ed. Ambrosiana)
3) P. Atkins, Chimica Generale (Zanichelli)

 The suggested books for the stoichiometry are:

1) P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio - Fondamenti di stechiometria (Piccin)

2) P. Giannoccaro, S. Doronzo - Elementi di stechiometria (EdiSES)
3) C.F. Nobile, P. Mastrorilli - Esercizi di chimica (Ed. Ambrosiana)

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Ultimo aggiornamento: 06/06/2019 10:51
Location: https://chimicaetecnologie.campusnet.unito.it/robots.html
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