CHIMICA GENERALE ED INORGANICA I E LABORATORIO 1

Modulo MODULO 1

Il corso si propone di fornire i fondamenti di Chimica Generale e Inorganica quale base culturale indispensabile per la comprensione degli insegnamenti successivi, cui essa è propedeutica. Lo studente, attraverso lo studio della chimica 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.

Il corso di Chimica Generale fornirà allo studente i primi esempi di reattività chimica, con particolare riferimento ai processi in fase gassosa ed in soluzione acquosa. Si tratterà anche il concetto di equilibrio chimico, sia da un pusto di vista chimico che termodinamico.

In particolare, il corso è organizzato in modo da fornire una buona conoscenza della chimica di base (inorganica e stechiometria) ed è suddiviso in una parte teorica ed una parte costituita da esercitazioni volte alla soluzione di problemi di chimica (knowledge and understanding).

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 struttura atomica e 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;

tutte le attività proposte con metodo scientifico e linguaggio appropriato.

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, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Lezioni frontali, esercitazioni in aula

Matematica di base, fisica di base, chimica di base.

La frequenza è un requisito necessario per il superamento e dell’esame finale.

·      La composizione della materia: molecole e composti molecolari, ioni e composti chimici, la nomenclatura chimica, costituzione dell’atomo, peso atomico e peso molecolare, tavola periodica degli elementi, gruppi e periodi, proprietà periodiche degli elementi, relazioni diagonali.

·      Leggi fondamentali della chimica: Teoria atomica di Dalton, Principio di Avogadro, leggi di combinazione, scoperta di elettroni, protoni e neutroni.

·      Le reazioni chimiche: il concetto di mole, le equazioni chimiche, bilanciamento delle reazioni semplici, definizione di ossidante e riducente, numero di ossidazione e reazioni redox, definizione di acido e base, reazioni acido-base, significato quantitativo delle reazioni chimiche, reazioni all’equilibrio e irreversibili.

·      Struttura dell’atomo: Radiazione elettromagnetica, cenni di meccanica quantistica: Planck, effetto fotoelettrico, spettri atomici, modello di Bohr, de Broglie, Heisenberg, equazione di Schrödinger, Atomi monoelettronici, atomi polielettronici: spin e numero quantico di spin, energie orbitaliche di atomi polielettronici, principio di esclusione di Pauli, Aufbau e regola di Hund.

·      Il legame chimico: Legame covalente secondo Lewis, Geometria molecolare e Teoria VSEPR, Teoria del legame di valenza, Geometria molecolare e ibridizzazione, Legami multipli, Cenni di teoria degli orbitali molecolari, configurazione elettronica delle molecole biatomiche omopolari del secondo periodo, interazioni non-covalenti, legame ionico, legame ad idrogeno, legame metallico.

·      Lo stato gassoso: leggi dei gas, equazione di stato dei gas ideali, volume molare, densità dei gas, legge della diffusione dei gas, gas reali, equazione di van der Waals per i gas reali, significato molecolare della pressione e della temperatura, cenni di teoria cinetica dei gas.

·      Passaggi di stato: Gas-Vapore-Liquido, pressione e temperatura critica, diagrammi di stato, equilibri tra fasi.

·      Cenni sullo stato solido: solidi metallici e ionici, solidi molecolari e solidi reticolari covalenti, energia reticolare, ciclo di Born-Haber.

·      Lo stato liquido e le soluzioni: ruolo delle interazioni non-covalenti, pressione di vapore dei liquidi e temperatura di ebollizione, solvatazione dei soluti, concentrazione delle soluzioni, legge di Raoult, deviazioni dalla legge di Raoult, cenni sulla distillazione di liquidi, proprietà colligative, crioscopia ed ebullioscopia, pressione osmotica, elettroliti forti e deboli, grado di dissociazione, solubilità dei gas nei liquidi.

·      Cinetica ed equilibrio chimico: reazioni di equilibrio, velocità di una reazione chimica, ordine di una reazione, energia di attivazione ed equazione di Arrhenius, deduzione cinetica dell’equilibrio chimico, costante di equilibrio, influenza della concentrazione, della pressione e della temperatura sugli equilibri chimici, catalisi, catalizzatori omogenei ed eterogenei.

·      Cenni di termodinamica e termochimica: definizioni e relazioni sistema-ambiente, funzioni di stato, I principio della Termodinamica, capacità termiche molari, misura del calore, Legge di Hess ed entalpie di reazione, II principio della Termodinamica, III principio della Termodinamica ed entropie di reazione, energia libera, relazione tra l’energia libera e la costante di equilibrio.

R.H. Petrucci, W.S.Harwood, F.G. Herring, CHIMICA GENERALE (Principi e moderne applicazioni), Piccin

Kotz-Treichel-Townsend (ed edizioni precedenti) - Chimica- EdiSeS M. Speranza-Chimica Generale ed Inorganica-Edi-Ermes
P. W Atkins, J. Loretta - Chimica Generale - Zanichelli
M Schiavello, L. Palmisano - Fondamenti di Chimica - EdiSes

N. J. Tro - Chimica Un approccio molecolare - Zanichelli

P. Silvestroni- Fondamenti di Chimica- CEA

M. Speranza-Chimica Generale ed Inorganica-Edi-Ermes

La prova finale consiste in un esame scritto (il giorno dell’esame è quello indicato sul calandario ufficiale), basato su esercizi analoghi a quelli affrontati in aula durante il corso, ed in un colloquio orale (data e luogo saranno indicate dal docente) basato su tutti gli argmomenti del programma e sulle esperienze di laboratorio.

La prova d’esame tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in relazione le varie parti del programma. L’esame consiste in una prova scritta ed un esame orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di semplici problemi di stechiometria inerenti la nomenclatura, le reazioni chimiche, le trasformazioni dei gas e lo studio dei fenomeni chimici in soluzione acquosa, la termochimica. Tale prova tende a verificare il possesso delle nozioni di base della disciplina. Si intenderà superata la prova scritta se lo studente avrà risolto esattamente più di metà degli esercizi assegnati. Gli studenti durante l'esame scritto potranno usare la tavola periodica e la calcolatrice, ma non telefoni-cellulari.

Il superamento dello scritto è condizione necessaria, ma non sufficiente al superamento dell' esame finale.

La prova orale consisterà in domande relative alle varie parti del programma per accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato.
Criteri per l’attribuzione del voto finale:
Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

l docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Esercizi e compiti d'esame (anni precedenti) saranno divulgati su studium. Tutti gli argomenti dell’insegnamento sono possibili domande d’esame (es. Nomenclatura, Strutture di Lewis di molecole modello: diagrammi di energia, geometria molecolare secondo VSEPR e ibridizzazione atomo centrale, Calcoli stechiometrici, Proprietà colligative, Equilibri chimici, reattività acido-base, Bilanciamento reazioni redox, La tavola periodica, Configurazione elettronica degli elementi, legame chimico, orbitali ibridi. termodinamica e cinetica)