- Oggetto:
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CHIMICA GENERALE E INORGANICA E LABORATORIO - Corso A (cognomi A-K)
- Oggetto:
GENERAL INORGANIC CHEMISTRY WITH LABORATORY
- Oggetto:
Anno accademico 2020/2021
- Codice dell'attività didattica
- MFN1163
- Docenti
- Prof. Elio Giamello (Titolare del corso)
Prof. Stefano Livraghi (Titolare del corso)
Enrico Salvadori (Titolare del corso)
Dr. Emanuele Priola (Titolare del corso) - Corso di studi
- Chimica e Tecnologie Chimiche
- Anno
- 1° anno
- Periodo didattico
- Da definire
- Tipologia
- Di base
- Crediti/Valenza
- 12
- SSD dell'attività didattica
- CHIM/03 - chimica generale e inorganica
- Modalità di erogazione
- A distanza
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Lezioni frontali facoltative; laboratorio obbligatorio
- Tipologia d'esame
- Scritto ed orale
- Prerequisiti
- Requisiti minimi associati al TARM
- Propedeutico a
- 1) Esame di "CHIMICA INORGANICA" MFN1169 (II anno)
2) Frequenza del laboratorio del corso "LABORATORIO DI SINTESI ORGANICHE E INORGANICHE" MFN1174/MFN1219 (III anno)
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il corso è propedeutico a tutti i corsi di chimica degli anni successivi. Esso prevede: una estesa parte teorica sui fondamenti delle scienze chimiche, una serie di esercitazioni in aula, durante le quali verranno svolti esercizi di calcolo chimico (stechiometria) inerenti agli argomenti affrontati nella parte teorica del corso ed infine lo svolgimento di una serie di esperienze pratiche in laboratorio.
Gli obiettivi principali sono:
a. arrivare ad una comprensione di base dei capisaldi concettuali della disciplina chimica
b. affrontare con disinvoltura i calcoli legati alla reattività e alla manipolazione chimica (stechiometria) con particolare attenzione al comportamento di sistemi inorganici in soluzione acquosa.
c. Sviluppare le capacità basilari per operare in sicurezza in laboratorio e per effettuare le operazioni di base connesse alla manualità chimica
The present course concerns the basic elements of chemistry and is therefore preparatory for all the other chemistry courses.
Its main purposes are:
a) to gain a robust knowledge of the basic concepts of chemistry (general chemistry)
b) to become confident with the calculations related to the chemical reactivity (stoichiometry) with particular attention to the chemistry of aqueous solutions.
c) to become confident with the basic actions of the chemical manipulation (in laboratory)- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Il corso si propone di mettere in grado lo studente di orientarsi agevolmente tra i concetti di base inerenti la struttura atomica e molecolare, il legame chimico e le leggi che regolano le reazioni chimiche. Fornirà inoltre gli elementi necessari per intuire le proprietà chimiche non tanto dei singoli elementi del sistema periodico quanto di quegli elementi caratterizzati da analoga configurazione elettronica (gruppi della Tavola Periodica). Il corso ha infine l'obiettivo di fornire allo studente gli strumenti per comprendere gli stati della materi, le principali trasformazioni chimiche e fisiche che la coinvolgono con particolare attenzione ai fenomeni legati all'equilibrio chimico. Il corso è propedeutico a tutti i corsi di chimica degli anni successivi.
Il primo risultato atteso in termini di apprendimento è dunque la capacità dello studente di orientarsi con sicurezza tra i caposaldi della disciplina brevemente riassunti qui sopra
Secondo scopo del corso è quello di introdurre gli studenti alla pratica di laboratorio, consentendo loro di apprendere "sul campo" le modalità per il corretto svolgimento delle operazioni più comuni (manipolazione dei prodotti chimici , preparazione di soluzioni, cristallizzazione, filtrazione, ecc.). Ulteriore scopo della parte in laboratorio è quello di affiancare ai concetti appresi nella parte teorica del corso una visione "in concreto" dei fenomeni che faciliti l'assimilazione di quei concetti. In dettaglio si prevede:- esercitazioni in aula, durante le quali verranno svolti esercizi di stechiometria inerenti agli argomenti affrontati nella parte teorica del corso -
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.
The course aims to provide the basic knowledge of the matter structure, of the chemical bond and of the laws ruling the chemical reactivity. The chemical properties of the series of elements (groups) will be connected to their electronic configurations. The course will also introduce the physical properties and transformations of the matter.
The first expect result in terms of learning is the ability of the students to confidently handle the above reported concepts. The second result is to acquire a certain confidence in performing the basic operation of the chemical lab trying also to connect the practical experiments with the concepts dealt with in the first part.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Per l'anno accademico 2020-21 il corso verrà erogato in modalita ibrida e sincrona. Le lezioni saranno tenute secondo l'orario pubblicato e le studentesse e gli studenti potranno accedere alle lezioni con il sistema webex. Questo consentirà di vedere il docente durante la lezione, di vedere le slide proiettate e la "document camera" su cui il docente scriverà in diretta quanto necesario.
Per accedere alle lezioni dei docenti occorre collegarsi all'indirizzo
https://unito.webex.com/meet/elio.giamello per le lezioni
https://unito.webex.com/meet/stefano.livraghi per le esercitazioni di stechiometria.
Per gli incontri di tutorato all pagina
https://unito.webex.com/meet/alessia.zollo
L'insegnamento in Aula viene fatto utilizzando 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. Le "slide" proiettate a lezione sono caricate su questo sito.
Si prevede una parte del corso dedicata ad esercitazioni di calcolo (stechiometria) durante le quali si tenta nei limiti del possibile di coinvolgere gli studenti 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.
DIDATTICA ALTERNATIVA: Nel caso le regole di distanziamento sociale dovute all'emergenza COVID-19 non siano ancora venute meno, il corso di teoria verrà erogato in modalità e-learning attraverso la piattaforma moodle. Per la parte di laboratorio invece verrà erogata in parte presenza ed in parte nuovamente in modalità e-learning
The course is based on some 32 lectures (2 hours each) of general chemistry and of 24 hours of stoichiometry exercises (blackboard in the same lecture hall).
The second part is conducted in a classic basic-chemistry laboratory where each student work at an individual post.
In case the COVID-19 emergency persist, the theory course will be delivered in e-learning mode through the moodle platform. As far as the laboratory part is concerned, partly in presence, and partly again in e-learning mode will be provided
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Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame si svolge, di norma, come segue: vi è una prova scritta basata su calcoli stechiometrici e reattività elementare. Segue un laboratorio con una serie di esercitazioni sugli argomenti dei punti 6 e 7 del Programma . Si viene ammessi alla prova orale dopo aver frequentato il laboratorio e aver superato la prova scritta .
N.B.
La prova orale dovrà essere sostenuta nell’anno in cui è stata superata la prova scritta.
Al termine dell’anno solare (Dicembre) gli studenti che non avranno ancora sostenuto la prova orale dovranno ridare anche l’esame scritto.
Studenti e studentesse con particolari fragilità o difficoltà di spostamento, potranno sostenere l'esame con le modalità di ESAME A DISTANZA. Per accedere a tale tipo di esame dovrà venire fornita documentazione atta a dimostrare la condizione di fragilità/difficoltà.
ESAMI A DISTANZA:
Nel caso le regole di distanziamento sociale dovute all'emergenza COVID-19 non siano ancora venute meno, L'esame comprenderà sempre una prova scritta ed una prova orale. Entrambe le prove eseguite in modalità webex ed appoggiandosi alla piattaforma di e-learning Moodle.
a) Script based on stoichiometric calculations
b)Oral exam possible after having passed step a) and completed the laboratory acivities.
DISTANCE EXAMS: If the COVID-19 emergency persists, the exams will have the same structure (written and oral exam). Both the exams will be carried out in remote (via Webex) and using also the e-learning platform Moodle.
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Attività di supporto
Le attività esercitative in aula e il laboratorio sono parte integrante del corso e non devono essere considerate attività di supporto. Queste potranno essere, anche in relazione alla disponibilità di tempo, spazi e risorse, cicli di esercizi affidati a tutors.
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Programma
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 (carica nucleare effettiva, 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 dipolodipolo 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. Legge di azione di massa e costante di equilibrio. Relazione tra DG° e Kc. 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. Concetto di coniugazione tra acidi e basi Acidi poliprotici. Sostanze anfiprotiche. Proprietà acido-base dei sali: equilibri di idrolisi. Soluzioni tampone. 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.
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.
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
Basic concepts in Chemistry. Substances and mixtures. States of matter. Atoms and atomic
(Z,A). Atomic mass and isotopes. The Mole concept. Chemical formulas. Isomers. Elements of atomic structure. Nuclear model and stability of nuclei. Radioactivity. Electrons in the atom and energy levels. The Bohr model of hydrogen atom. Wave mechanics and the atom. Wave functions and quantum numbers. Electron configuration of atoms. Electron configuration and the periodic table. Atomic properties and periodicity. The chemical bonding. Ionic and covalent bonding. The Lewis approach. Valence bond theory. Molecular orbitals. Metallic bonding. Atomic properties and chemical bonding. Molecules and intermolecular interactions. States of the matter. Gas laws. The solid state and chemical bond. The liquid state and its properties. Phase transitions and phase diagrams. Solutions and colloids. Chemical reactions and chemical equilibrium for gaseous reactions. Equilibria in solution. Acid-base equilibria. The pH concept. Solubility equilibria. Electrochemistry. Voltaic cells. Electrolysis and related laws. Chemical kinetics and reaction rates. Arrhenius law. Inorganic chemistry: chemistry of the main group elements. Stoichiometry: mathematics of chemical reactions. Molecular and formula masses; balancing chemical equations. Determination of empirical and molecular formulas. Calculations with balanced equations. Limiting reagent problems. Balancing redox equations. Gas laws. Solutions: expressing concentration of solutions. Equilibria: calculating equilibrium constants and manipulating equilibrium expressions. Acid-base equilibria. Calculating the pH of weak acid and base solutions, hydrolysis, buffer solutions. Solubility equilibria. Electrochemistry: electrolysis, Faraday laws and practical application of Nernst’s equation.Testi consigliati e bibliografia
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1) P. Zanello, R. Gobetto, R. Zanoni – Conoscere la chimica (Ed. Ambrosiana)
2) Kotz, Treichel, Towsend Chimica EDISES
3) MICHELIN LAUSAROT, VAGLIO, Stechiometria per la Chimica generale (Piccin)
4) Giannoccaro P., Doronzo S. Elementi di stechiometria (EdiSESE’ consigliato l’utilizzo del seguente testo per approfondimenti e integrazioni:P. Atkins, L. Jones Principi di Chimica Zanichelli
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Note
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