CHIMICA

Anno accademico e docente
Non hai trovato la Scheda dell'insegnamento riferita a un anno accademico precedente? Ecco come fare >>
English course description
Anno accademico
2021/2022
Docente
ADRIANO DUATTI
Crediti formativi
6
Periodo didattico
Secondo Semestre
SSD
CHIM/03

Obiettivi formativi

Il corso intende presentare i fondamenti teorici e sperimentali delle Scienze Chimiche e fornire un’introduzione elementare alla descrizione dei fenomeni atomici e molecolari.
Le principali conoscenze acquisite durante il corso sono:
•fondamenti della teoria atomica e molecolare,
•introduzione elementare alla meccanica quantistica ed alla descrizione quanto-meccanica degli atomi e delle molecole,
•introduzione elementare alla descrizione dei gas, solidi, dei liquidi e delle soluzioni,
•fondamenti della termodinamica classica,
•descrizione termodinamica elementare delle reazioni chimiche,
•fondamenti di elettrochimica,
•introduzione alla struttura dei nuclei e radioattività.
Le principali abilità acquisite durante il corso sono:
•interpretazione delle proprietà fondamentali degli elementi,
•interpretazione della struttura e delle proprietà degli atomi e delle molecole e dei nuclei,
•calcoli stechiometrici,
•calcolo delle proprietà delle reazioni chimiche in soluzione,
•calcolo dei potenziali elettrochimici.

Prerequisiti

Sebbene non sia stata introdotta alcuna norma di propedeuticità, si ritiene comunque utile possedere le seguenti conoscenze preliminari:
•Concetti fondamentali di algebra lineare e vettoriale, e di analisi matematica, uso di potenze e logaritmi, uso delle funzioni trigonometriche, metodi per la risoluzione di equazioni di primo e secondo grado, fondamenti del calcolo differenziale e integrale.
•concetti fondamentali di meccanica classica e di elettromagnetismo.

Contenuti del corso

Teoria atomica e molecolare (25 ore)
(1) Elementi e composti, Legge di Proust, Teoria atomica di Dalton, Massa atomica, Scala relativa dei pesi atomici.
(2) Atomi e molecole, Formula empirica, Formula molecolare, Numero di Avogadro, Peso molecolare, Mole, Massa Molare.
(3) Modello atomico di Rutherford, Particelle elementari, Protone, Neutrone, Elettrone, Numero atomico, Numero di massa, Isotopi, Miscele isotopiche, Massa atomica media, Ioni atomici e molecolari, Composti molecolari e ionici.
(4) Tipi di composti chimici, Stati di ossidazione.
(5) Reazioni chimiche, Principio di conservazione della massa, Principio di conservazione della carica, Bilanciamento di una reazione chimica.
(6) Emissione del corpo nero, Ipotesi di Planck, Quantizzazione dell'energia, Modello atomico di Bohr, Effetto fotoelettrico.
(7) Introduzione elementare ai fondamenti della meccanica quantistica, Diffrazione elettronica, Onde e particelle, Interferenza quantistica, Probabilità quantistica, Stati di base, Ampiezza di probabilità e densità di probabilità, Operatori e osservabili, Autovalori, Interpretazione di Copenaghen, Stati di base dell'energia, Operatore Hamiltoniano, Sistemi a due stati di base.
(8) Stati di base della posizione, Equazione di Schrödinger, Densità di probabilità elettronica, Orbitali atomici, Numeri quantici, Configurazione elettronica dell'atomo d'idrogeno, Spin elettronico, Configurazione elettronica degli atomi polielettronici.
(9) Configurazione elettronica esterna e proprietà chimiche degli elementi, Tabella periodica.
(10) Legame chimico, Valenza degli elementi, Legame covalente, Strutture di Lewis e risonanza.
(11) Geometria molecolare, Modello della repulsione delle coppie elettroniche (VSEPR), Elettronegatività.
(12) Simmetria e invarianza delle leggi fisiche, Teorema di Noether, Geometria molecolare, Gruppi di simmetria, Combinazione lineare di orbitali atomici, Teoria del legame di valenza, Teoria degli orbitali molecolari.

Stati della materia (8 ore)
(13) Stato gassoso, Le variabili PVT, Gas ideali, Ipotesi di Avogadro, Equazione di stato dei gas ideali.
(14) Stato solido, Solidi ionici, molecolari, covalenti, metallici, Cenni alla teoria dei solidi, Simmetria periodica, Cella cristallina, Reticoli di Bravais, Isolanti e conduttori, Semiconduttori, Superconduttori, Miscele solide, Leghe, Struttura dell'acqua solida, Legame ad idrogeno, Solidi allotropici del carbonio elementare, silicio e silicati, Quasi-cristalli.
(15) Stato liquido, Soluzioni, Espressione della concentrazione delle soluzioni, Evaporazione, Tensione di vapore, Soluzioni ideali. Proprietà colligative.

Reazioni chimiche (10 ore)
(16) Reazioni di ossido-riduzione, Acidi e basi, Costante di dissociazione acida e basica, Prodotto ionico dell'acqua, Soluzioni acide e basiche, Soluzioni tampone.

Termodinamica ed elettrochimica (13 ore)
(17) Introduzione alla termodinamica, Sistema termodinamico, Capacità termica, Trasformazione del lavoro meccanico in calore, Conservazione dell'energia, Trasformazione reversibile e irreversibile, Primo principio della termodinamica, Energia interna, Funzione di stato, Energia interna, Entalpia, Trasformazioni isoterme ed adiabatiche, Ciclo di Carnot, Entropia, Processi reversibili ed irreversibili rispetto al tempo, Secondo principio della termodinamica, Interpretazione molecolare dell'entropia, Equazione di Boltzmann.
(18) Energia libera di Gibbs, Equazione di Van't Hoff, Energia libera ed equilibrio chimico, Equazione di Arrhenius, Reazioni spontanee.
(19) Lavoro elettrico ed energia libera, Celle elettrochimiche, Equazione di Nernst, Potenziale standard di riduzione, Pile elettrochimiche, Elettrolisi. Batterie e immagazzinamento dell'energia elettrica.

Metodi didattici

Il corso ha la seguente organizzazione:
•lezioni teoriche in aula,
•approfondimento di questioni teoriche in aula,
•risoluzione di problemi numerici in aula.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di comprensione e approfondimento degli argomenti esposti durante il corso e gli esercizi proposti servono per verificare che lo studente abbia sviluppato le abilità descritte nella sezione ‘Obiettivi formativi’. Essa intende anche valutare la capacità dello Studente di utilizzare un appropriato linguaggio scientifico, di formulare conclusioni logicamente consistenti a partire dai principi generali e dai concetti astratti che stanno alla base della teoria chimica e di sviluppare un approccio critico alla interpretazione dei fondamenti della scienza chimica.
L’esame si compone di una prova scritta. La prova scritta richiede la risoluzione di 10 problemi teorico-numerici a ciascuno dei quali è attribuito un punteggio non superiore a 5/30. Il tempo totale disponibile per il superamento della prova è di tre ore. L’esito della prova scritta determina il voto finale. Per superare l’esame è necessario conseguire un punteggio minimo di 18 su 30.

Testi di riferimento

Chimica moderna
di David W. Oxtoby, H. P. Gillis, Alan Campion
(EdiSES)

Chimica generale
di Ralph H. Petrucci
(Piccin-Nuova Libraria)

Introduzione alla Chimica
Nivaldo J. Tro
(Pearson)

Chimica
John C. Kotz, Paul M. Treichel, John R. Towsend
(EdiSES)

Fondamenti di chimica generale
di Peter Atkins, Loretta Jones
(Zanichelli)

Appunti di Chimica redatti a cura del docente del corso.

Diapositive tratte dalle lezioni del corso.