CHIMICA GENERALE ED INORGANICA E LABORATORIO

Obiettivi formativi

• modulo I

  Il corso è finalizzato all’apprendimento dei concetti di base di chimica generale, nonché di stechiometria, fondamentali per la corretta comprensione della chimica dei corsi successivi.

• modulo II

  Lo scopo è quello di fornire le conoscenze di base di Chimica Inorganica, con particolare riferimento ai gruppi s-p e di integrare con alcuni argomenti specifici le nozioni di Chimica Generale ( Struttura dei solidi, equilibri di solubilità ed elettrochimica).

  Il modulo che è articolato in lezioni frontali (3 CFU), esercitazioni ed esperienze di laboratorio (3 CFU) fornisce agli studenti gli strumenti per cominciare a comprendere le ragioni del chimismo di alcuni semplici sistemi inorganici.

Prerequisiti richiesti

• modulo I

  Sono richieste conoscenze di base di Matematica e Fisica Chimica Industriale

• modulo II

  Sono richieste conoscenze di base di Matematica, Fisica e degli argomenti della Chimica Generale Modulo I

Frequenza lezioni

• modulo I

  Obbligatoria con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CdS in Chimica Industriale

• modulo II

  Obbligatoria con le deroghe stabilite dal regolamento didattico del CdS in Chimica Industriale

Contenuti del corso

• modulo I

  1. La composizione della materia e le reazioni chimiche: concetti introduttivi - misure e grandezze, atomi ed elementi, massa atomica, il concetto di mole, composti chimici e nomenclatura, reazioni chimiche e loro bilanciamento, rapporti quantitativi nelle reazioni chimiche.

  2. La struttura atomica: i primi modelli atomici, lo spettro elettromagnetico, spettri atomici, teoria di Bohr, particelle ed onde, equazione d’onda per gli elettroni, numeri quantici ed orbitali, la configurazione elettronica degli elementi, proprietà periodiche e sistema periodico degli elementi.

  3. Il legame chimico: strutture di Lewis, legame ionico (cenni), legame covalente, teoria del legame di valenza e ibridazione degli orbitali, molecole poliatomiche e geometria molecolare, teoria degli orbitali molecolari per le molecole biatomiche, forze intermolecolari.

  4. La termochimica e cenni di termodinamica: varie forme dell’energia, I° principio della termodinamica, legge di Hess ed entalpie di reazione, spontaneità e disordine, entropia ed energia libera.

  5. Gli stati di aggregazione della materia:

  Lo stato gassoso: proprietà dei gas, leggi dei gas ideali, miscele gassose, gas reali.

  Lo stato liquido: pressione di vapore dei liquidi e temperatura di ebollizione.

  Cenni sullo stato solido.

  Passaggi di stato, diagramma di stato dell’acqua.

  6. Le soluzioni: concentrazione delle soluzioni, legge di Raoult, soluzioni liquido-liquido, soluzioni di soluti non volatili e proprietà colligative.

  7. Cenni di cinetica chimica: velocità di reazione, equazione cinetica, ordine di reazione, equazione di Arrhenius, meccanismi di reazione, catalisi.

  8. L’equilibrio chimico: reazioni di equilibrio, la costante di equilibrio, influenza della concentrazione, della pressione e della temperatura sugli equilibri chimici.

  9. Equilibri ionici in soluzione acquosa: elettroliti e grado di dissociazione, definizioni di acido e base, teoria di Bronsted, prodotto ionico dell’acqua, scala del pH, pH di acidi e basi forti, pH di acidi e basi deboli, acidi poliprotici (cenni), reazioni acido-base, soluzioni tampone.

  10. Laboratorio: Esperienze di laboratorio relative alla sintesi di alcuni ossidi metallici, cristallizzazione di sali, titolazioni acido-base.

• modulo II

  Teoria (3 CFU)

  Elettrochimica

  · Generalità sulle celle elettrochimiche. Conduttori di I e II specie. Celle voltaiche. Semielementi galvanici. Elettrodo a idrogeno e potenziali normali. Serie Elettrochimica. Energia libera e lavoro elettrico. Legge di Nerst. Celle elettrolitiche. Predizione dei prodotti di elettrolisi e leggi di Faraday.

  Legame chimico e strutture dei solidi

  • Classificazione dei solidi in base alla tipologia di legame. Solidi ionici e covalenti. Il legame ionico: energia reticolare e costante di Madelung. Strutture dei solidi: solidi cristallini e amorfi. Struttura e proprietà dei metalli.

  Solubilità dei sali in acqua

  · Solubilità. Energetica del processo di dissoluzione. Sali poco solubili. Equilibri di solubilità e prodotto di solubilità.

  Chimica degli elementi del blocco s-p

  • Aspetti generali degli elementi e proprietà periodiche. Sistematica dei gruppi principali. Idrogeno e gruppi 1°-2° e 13°-18°. Caratteristiche generali degli elementi dei singoli gruppi. Abbondanza naturale. Reattività allo stato elementare. Principali metodi di preparazione. Composti con idrogeno, ossigeno ed alogeni. Sali e altri composti principali.

  Cenni sui metalli di transizione e sui composti di coordinazione

   

   

  Esercitazioni e Laboratorio (3 CFU)

  Esercitazioni in aula:

  - Calcolo della forza elettromotrice (f.e.m.) delle celle galvaniche. Applicazioni della legge di Nerst. Effetto del pH.

  -Applicazione delle Leggi di Faraday

  -Calcoli sulla solubilità di sali poco solubili. Effetto dello ione comune. Effetto del pH sulla solubilità.

   

  Esperienze in Laboratorio :

  • Preparazione della pila di Daniel e delle pile a concentrazione.

  • Elettrolisi dell’acqua ed applicazioni della legge di Faraday

  • Preparazione del KNO₃ (salnitro)

  • Determinazione del prodotto di solubilità del CaSO₄×2H₂O

  • Riconoscimento e separazione degli ioni del 2° gruppo

  • Riconoscimento degli anioni CO₃^2-, Cl^-, Br^- ed I^-

  • Preparazione del complesso argento-ammoniaca e determinazione della costante di complessazione

Testi di riferimento

• modulo I

  1. Slides delle lezioni disponibili sul sito: http://studium.unict.it/

  2. J. Kotz, P. M. Treichel, J. R. Townsend “Chimica”, EdiSES

  3. R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette "General Chemistry: Principles and Modern Applications", 11th Edition, Pearson

  4. A cura di M. Speranza “Chimica Generale e Inorganica”, edi-ermes

  5. Michelin Lausarot P.; Vaglio G. A., “Fondamenti di Stechiometria”

• modulo II

  •1. Slides delle lezioni disponibili sul sito: http://studium.unict.it/

  •2 Bertini, Luchinat, Mani «Chimica Inorganica» Ambrosiana

  •3. John Kotz, Paul M. Treichel, John R. Townsend “Chimica”, EdiSES

  •4. Petrucci, Harwood, Herring, “Chimica Generale”, Piccin

  •5. A cura di M. Speranza “Chimica Generale e Inorganica”, edi-ermes”

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• modulo I

  Prova scritta (sugli argomenti oggetto delle esercitazioni in aula) + colloquio orale

• modulo II

  Prova scritta (problemi su argomenti di Chimica Generale: elettrochimica e equilibri di solibilità) + colloquio orale (su tutti gli argomenti del corso)

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• modulo I

  Tutti gli i contenuti del corso.

• modulo II

  Principi delle celle galvaniche

  Tipi di semielementi galvanici

  Significato dei potenziali standard

  Principi delle celle elettrochimiche

  Descrivere i fattori che influenzano la solubilità

  Descrivere le relazioni tra struttura dei solidi e solubilità

  Discutere il seguente gruppo :