CHIMICA GENERALE ED INORGANICA I E LABORATORIO 2

Modulo MODULO 2

Il corso si propone di fornire i fondamenti di stechiometria e di calcolo chimico, in modo da permettere allo studente di poter acquisire dimestichezza e padronanza con i problemi chimici che saranno oggetto della prova finale scritta. Questo secondo modulo di insegnamento, in concerto con il primo modulo di teoria, si prefigge di fornire allo studente gli strumenti per la comprensione della reattività chimica relativamente alla chimica inorganica e di base, dei processi a essa associati, e dei calcoli stechiometrici necessari alla risoluzione di problemi specifici. Al termine del corso lo studente avrà acquisito e maturato le competenze indispensabili per affrontare e risolvere quesiti relativi a calcoli sulle moli, concentrazioni delle soluzioni e bilanciamento di reazioni chimiche. Avrà inoltre appreso la nomenclatura dei composti inorganici e sarà in grado di svolgere esercizi che coinvolgono concetti di chimica generale di base come quelli relativi alle proprietà colligative, alle reazioni termochimiche e alle leggi dei gas. Saranno svolte esercitazioni in laboratorio per rafforzare i concetti affrontati in aula e per far conoscere allo studente in modo pratico un laboratorio chimico. Lo studente imparerà a organizzare e svolgere un esperimento chimico e ad utilizzare la vetreria e alcuni semplici strumenti di laboratorio. Verranno impartite inoltre alcune conoscenze di base relative al corretto smaltimento dei prodotti chimici e verranno impartite alcune nozioni di base sul trattamento dei dati. Tutte queste nozioni serviranno per la comprensione degli insegnamenti successivi, cui la materia è propedeutica. Lo studente, attraverso lo studio della chimica e attraverso le attività di laboratorio prenderà consapevolezza non soltanto del ruolo fondamentale espletato da questa disciplina in diversi ambiti scientifico-tecnologici, ma anche acquisirà dismestichezza con i principi fondamentali alla base del metodo scientifico.

Finalità del corso è quella di far acquisire quella capacità di ragionamento necessaria per affrontare lo studio di fenomeni chimici con metodi analitici e numerici (applying knowledge and understanding).

Obiettivi formativi specifici di questo corso sono:

conoscere la configurazione elettronica degli elementi dei gruppi principali e la nomenclatura dei principali composti inorganici

saper leggere ed interpretare tutte le informazioni desumibili dalla tavola periodica;
comprendere i meccanismi di formazione del legame chimico;
conoscere le interazioni chimiche nei solidi, nei liquidi e comprendere le equazioni stato dei gas;

conoscere il comportamento delle soluzioni, in termini di bilancio di forze di interazione e loro effetto sulle proprietà fisiche delle soluzioni

conoscere le principali grandezze termodinamiche e cinetiche coinvolte nelle reazioni chimiche; valutare le condizioni dell’equilibrio chimico;

Acquisire capacità di impostare e svolgere correttamente esercizi sulle varie tipologie di reazioni chimiche

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione:

Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.
Capacità di schematizzare una reazione chimica in termini qualitativi e quantitativi. Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze chimico- fisiche e di risolverlo con metodi analitici.

Capacità di applicare conoscenza:

Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni chimici utilizzando con rigore il metodo scientifico.
Capacità di calcolo quantitativo di reagenti e prodotti di reazioni chimiche.

Autonomia di giudizio:

Capacità di ragionamento critico.
Capacità di individuare le soluzioni più adeguate per risolvere problemi chimici. Capacità di individuare le previsioni di una teoria o di un modello.
Capacità di valutare l'accuratezza necessaria da usare nei calcoli stechiometrici.

Abilità comunicative:

Capacità di descrivere in forma orale e scritta, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA: A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

Il corso prevede 66 h in totale. Durante il corso sono previste delle lezioni frontali sugli argomenti propedeutici allo svolgimento degli esercizi e dei problemi oggetto del compito di esame. In modo parallelo, verranno svolte numerose esercitazioni in aula con simulazione di problemi ed esercizi del tutto analoghi a quelli che gli studenti si troveranno ad affrontare nel compito finale agli esami. Infine, sono programmate alcune (non più di 6) attività di laboratorio durante lo svolgimento del corso che dovranno poi essere relazionate dagli studenti e che costituiranno anch'esse argomento di esame.

Matematica di base, fisica di base, chimica di base. Il corso di chimica non prevede conoscenze preliminari approfondite, tuttavia sarà necessario seguire di volta in volta i vari argomenti e non rimanere indietro nello studio. La chimica è una disciplina che si costruisce mano a mano e non sarà possibile capirla se non verrà fatto uno studio regolare e costante durante il corso. Sarà molto difficile prepararla da soli alla fine del corso perchè molti argomenti necessitano di tempo per poter essere ben recepiti e maturati. Si consiglia caldamente agli studenti di seguire i corsi zero di matematica e chimica che verranno elargiti prima/durante i corsi.

La frequenza è un requisito necessario per il superamento e dell’esame finale.
E' ammessa una sola assenza in laboratorio durante tutto il corso del semestre. Chi, per cause di forza maggiore, sarà costretto a fare più di una assenza, dovrà superare un esame pratico in laboratorio prima di poter accedere alla prova scritta.

ESERCIZI SU:
1. ATOMI E MOLECOLE: Mole, peso molecolare, formula minima, percentuali degli elementi presenti nei composti. Nomenclatura chimica e configurazione elettronica esterna. (7h)

2. EQUAZIONI CHIMICHE. BILANCIAMENTO E RELAZIONI PONDERALI: Generalità sulle equazioni chimiche, bilanciamento delle equazioni chimiche, calcolo del numero di ossidazione, bilanciamento redox, concetto di acido e base, sali, ossidanti, riducenti, rapporti ponderali, processi non quantitativi, resa di reazione, reagente limitante (7h)

3. SISTEMI GASSOSI: Definizione di un sistema gassoso, volume, pressione e temperatura, leggi dei gas, densità e determinazione della massa molecolare, pressioni e volumi parziali, miscele di gas, grado di dissociazione. Calcoli sulle reazioni in fase gassosa. Esercizi sulla legge dei gas ideali, reali e legge di Graham (7h)

4. SOLUZIONI – Calcolo della concentrazione delle soluzioni, miscelazione e diluizione delle soluzioni, analisi volumetrica, proprietà colligative delle soluzioni ed effetto della dissociazione elettrolitica. (7h)

5. EQUILIBRIO CHIMICO – Equilibrio chimico, costanti di equilibrio e loro utilizzo nel calcolo delle concentrazioni delle specie all’equilibrio (5h)

6. TERMODINAMICA - Entalpia, calore specifico, capacità termica, legge di Hess, energia interna, entropia ed energia libera (5h)

7. ELEMENTI DI CINETICA CHIMICA - Fattori che influenzano la velocità di reazione – Equazione cinetica ed ordine di reazione – Reazioni elementari: step limitante la velocità di reazione - Energia di attivazione - Catalizzatori - Equazione di Arrhenius e teoria degli urti (5h)

8. CENNI DI ACIDI E BASI. (3h)

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO:

Determinazione del volume molare di un Gas (4h)

Precipitazione di un ossido metallico e relativa purificazione (4h)

Ridissoluzione degli ossidi di rame in acidi diluiti e concentrati (3h)

Spettroscopia atomica e saggi alla fiamma (1h)

Cinetica chimica (4h)

Entalpia di formazione (4h)

1) STECHIOMETRIA, Marcì, Palmisano, Ruffo. Casa Editrice Edises

1) STECHIOMETRIA, Guida alla soluzione di problemi di chimica. Autori: P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio. Casa Editrice Piccin

2) Stechiometria. Un avvio allo studio della chimica (sesta Edizione). Autori: Bertini, Luchinat, Mani, Ravera. Casa Editrice Ambrosiana (CEA)

L'esame consiste in una prova scritta ed una orale sugli argomenti trattati in entrambi i moduli della materia. Entrambe le prove vertono esclusivamente sugli argomenti trattati a lezione. Tutte le tipologie di esercizi delle prove d'esame saranno affrontate durante il corso. L'esame scritto consiste in esercizi e domande aperte. NON E' POSSIBILE FARE LA PROVA SCRITTA IN UN APPELLO DIVERSO DA QUELLO IN CUI SI VUOLE SVOLGERE LA PROVA ORALE. Lo studente deve affrontare l'esame scritto con una preparazione già completa di tutta la materia. Il voto minimo per superare la prova scritta è 18/30. Costituiscono elementi di valutazione della prova scritta la correttezza dei risultati numerici, l'esplicitazione dei procedimenti attuati per ottenerli, la coerenza interna tra risultati logicamente interdipendenti e il rigore nell'utilizzo corretto delle unità di misura associate alle grandezze fisiche utilizzate. Criteri di valutazione della prova orale sono il rigore quantitativo nelle dimostrazioni, il grado di approfondimento degli argomenti, la capacità di istituire nessi tra aspetti diversi di un fenomeno chimico. L'acquisizione dei contenuti delle esperienze di laboratorio viene valutata sulla base della correttezza, completezza, concisione e proprietà di espressione nella stesura delle relazioni e nella prova orale. La conoscenza della NOMENCLATURA CHIMICA è un requisito imprescindibile particolarmente importante senza il quale non sarà possibile superare l'esame.

Tutti gli argomenti trattati sono considerati irrinunciabili per il superamento dell’esame. Anche le esperienze di laboratorio effettuate potranno essere oggetto d’interrogazione durante l’esame.
Per ogni esperienza di laboratorio lo studente presenterà una relazione dettagliata che sarà verificata dal docente.

Nomenclatura

Strutture di Lewis di molecole modello: diagrammi di energia, geometria molecolare secondo VSEPR e ibridizzazione atomo centrale

Calcoli stechiometrici

Esercizi su proprietà colligative

Bilanciamento reazioni redox, calcoli quantitativi nelle reazioni, resa di reazione

L’Equilibrio Chimico

Le soluzioni e le proprietà colligative

La tavola periodica

Configurazione elettronica degli elementi

Primo e Secondo Principio della Termodinamica

Entropia

L’energia di Gibbs

La cinetica chimica

Miscele di acidi e di basi forti. Calcoli volumetrici e diluizioni