Il corso si propone di fornire i fondamenti di Chimica quale base culturale indispensabile per la comprensione degli insegnamenti cui essa è propedeutica. Il corso dovrà anche fornire allo studente un’idea del ruolo della chimica nella società e nella vita di tutti i giorni, con particolare riferimento alle problematiche di interesse naturalistico ed ambientale. Lo studente verrà introdotto alla nomenclatura chimica, alle formule di struttura dei principali composti inorganici, alla stechiometria chimica, al legame chimico, ai concetti fondamentali della termodinamica chimica, alle proprietà delle soluzioni e relativi equilibri chimici (con particolare attenzione agli equilibri acido-base e di precipitazione), ai concetti fondamentali di cinetica chimica ed all’elettrochimica, all’apprendimento razionale delle proprietà chimiche delle varie famiglie di composti organici, rispetto a quelle di molecole più complesse di interesse biologico.

Lo studente, attraverso lo studio della chimica prenderà consapevolezza non soltanto del ruolo fondamentale espletato da questa disciplina in diversi ambiti scientifico-tecnologici naturalistici e ambientali, ma anche acquisirà dimestichezza con i principi fondamentali alla base del metodo scientifico. 
In particolare, il corso è organizzato in modo da fornire una buona conoscenza della chimica di base (inorganica e stechiometria) con metodo scientifico e linguaggio appropriato. Il corso è suddiviso in una parte teorica ed una parte costituita da esercitazioni volte alla soluzione di problemi di chimica (knowledge and understanding). Inoltre, la 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).

In riferimento ai Descrittori di Dublino (DD), questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e comprensione degli aspetti chimici e biochimici:

• acquisire le conoscenze di base sulla composizione della materia, sugli elementi chimici, sul sistema periodico e sui principali composti inorganici;
• acquisire le conoscenze di base sui legami chimici e sugli stati della materia;
• acquisire le conoscenze di base sulle principali classi di composti organici;
• acquisire le conoscenze e capacità di schematizzare una reazione o un equilibrio chimico in termini qualitativi e quantitativi;
• acquisire le conoscenze e capacità di impostare un problema chimico utilizzando opportune relazioni fra grandezze chimico- fisiche e di risolverlo con metodi analitici;
• acquisire le capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.

• capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni chimici utilizzando con rigore il metodo scientifico;
• capacità di calcolo quantitativo nelle reazioni e negli equilibri chimici;
• capacità di descrivere il comportamento chimico degli elementi e dei loro composti inorganici;
• capacità di distinguere un composto inorganico da un composto organico.

• inquadramento delle conoscenze scientifiche e delle competenze acquisite;
• sviluppare ragionamento autonomo e critico sui fenomeni chimici inclusa la riflessione scientifica ed etica connessa a tematiche ambientali e naturalistiche;
• capacità di individuare le previsioni di una teoria o di un modello;
• capacità di individuare i metodi più appropriati per analizzare criticamente, interpretare e per risolvere problemi chimici.

• esprimere in modo chiaro e rigoroso i fenomeni chimici sia in forma scritta che orale a interlocutori specialisti e non specialisti;
• uso in forma efficace della lingua italiana e/o in lingua inglese, con proprietà̀ di linguaggio e rigore terminologico, per esprimere un argomento scientifico illustrandone. motivazioni e risultati.

Capacità di apprendimento

• possedere gli strumenti cognitivi di base per l’aggiornamento continuo delle proprie conoscenze;
• acquisire la capacità di leggere, comprendere e analizzare criticamente testi e argomenti scientifici in modo autonomo, con particolare riferimento alle scienze chimiche;
• sviluppare la capacità di apprendere in autonomia nuovi argomenti scientifici necessari per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia.

Il corso si svolge mediante lezioni frontali in presenza (56 ore), secondo l’orario e nelle aule indicati sul sito del Corso di Sudio. Ulteriori ore (12) sono dedicate a esercitazioni finalizzate alla risoluzione di problemi relativi agli argomenti affrontati durante le lezioni. Nell’ambito delle esercitazioni sarà inoltre possibile approfondire e chiarire eventuali dubbi riguardanti gli aspetti teorici dell’intero programma.

Per lo svolgimento delle esercitazioni, il docente potrà avvalersi del supporto di un tutor qualificato, qualora tale figura sia messa a disposizione dal Corso di Studio.

Il docente metterà a disposizione, tramite la piattaforma Studium, tutto il materiale didattico e gli esercizi utilizzati nel corso delle lezioni.

Si precisa che il materiale fornito dal docente costituisce un supporto allo studio individuale e non può essere considerato sostitutivo di uno dei libri di testo consigliati.

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

L'insegnamento non prevede propedeuticità formali di altri insegnamenti all'interno del corso di studio. 

Tuttavia, si ritengono importanti le conoscenze di base di analisi matematica e fisica generale.

La frequenza alle lezioni del corso è obbligatoria. In accordo con il regolamento didattico del corso di studio la frequenza si intende acquisita se lo studente ha frequentato almeno il 60% delle ore curriculari previste dalla disciplina. Il docente si curerà di verificare l'attestazione di frequenza mediante appello all'inizio di ogni lezione frontale in aula. 

Per gli studenti lavoratori, studenti atleti, studenti in situazioni di difficoltà (Regolamento Didattico di Ateneo, art. 30), il cui status è debitamente certificato, il Corso di Studio prevede:

• la riduzione dell'obbligo di frequenza, nella misura massima del 20%;
• la possibilità di sostenere gli esami negli appelli straordinari riservati agli studenti ripetenti e fuoricorso;
• specifiche attività di supporto didattico da concordare con il docente.

PROGRAMMA DEL CORSO DI CHIMICA:

1 - INTRODUZIONE AL CORSO, COMPOSIZIONE DELLA MATERIA E STRUTTURA DELL'ATOMO - Cenni sulla storia della Chimica - Metodo scientifico - Principio di Lavoisier - Composizione della materia: sostanze pure, composti, miscele - Teoria atomica di Dalton - Stati di aggregazione della materia - Trasformazioni fisiche e chimiche della materia - Le particelle subatomiche: elettrone, protone, neutrone - Numero atomico, numero di massa - Simboli chimici - Isotopi - Ioni: cationi e anioni -Unità di massa atomica - Primi modelli atomici:  modello atomico di Thomson, modello atomico di Rutherford, modello atomico di Bohr - Cenni sul dualismo onda/particella - Principio di indeterminazione di Heisenberg -  Modello atomico moderno: cenni sulla descrizione quanto-meccanica dell'atomo - Orbitali atomici - Numeri quantici - Configurazione elettronica di atomi e ioni - Principio di esclusione di Pauli - Principio della massima molteplicità. Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

2 - SISTEMA PERIODICO DEGLI ELEMENTI - Tavola periodica: periodi e gruppi - Classificazione periodica degli elementi e legge periodica - Metalli, Non metalli e Semimetalli - Generalità sulle proprietà degli elementi principali della tavola periodica - Caratteristiche generali di ciascun gruppo del sistema periodico - Configurazione elettronica degli elementi - Relazione tra configurazione elettronica di un elemento e posizione nella tavola periodica - Proprietà periodiche: raggi atomici e ionici, energia di ionizzazione, affinità elettronica ed elettronegatività. Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

3 - LEGAME CHIMICO - Definizione di legami chimico - Legame ionico - Legame covalente - Modello di Lewis e Simboli di Lewis - Regola dell'ottetto - Formule di struttura dei composti inorganici più comuni  - Cenni sul magnetismo della materia - Elettronegatività degli atomi e polarità dei legami - Risonanza - Teoria del legame di valenza -  Teoria V.S.E.P.R. e geometrie molecolari - Orbitali ibridi e teoria dell'ibridazione -  Legame metallico. Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

4 - FORZE INTERMOLECOLARI - Dipoli e dipoli indotti - Interazioni ione-dipolo - Forze di Van der Waals: interazioni dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, dipolo indotto-dipolo indotto - Legame a idrogeno. Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

5 -  NOMENCLATURA E STECHIOMETRIA - Composizione della materia -  Unità di massa atomica - Massa atomica relativa - Peso atomico - masse e pesi molecolari - Il concetto di mole e le leggi della stechiometria - Numero di Avogadro - Formula chimica di un composto: significato e sua determinazione - Formule minime e formule molecolari - Numero di ossidazione - Nomenclatura delle principali classi di composti inorganici  - L'equazione chimica e il suo bilanciamento - Identificazione delle reazioni di ossido-riduzione - Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione - Calcoli stechiometrici: rapporti quantitativi nelle reazioni chimiche - Reagente limitante - Resa di reazione -  Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

6 - STATO GASSOSO - Caratteristiche generali dello stato gassoso - Gas ideali o perfetti - Leggi dei gas ideali - Equazione di stato dei gas - Legge delle pressioni e dei volumi parziali - Cenni sui gas reali. Differenza tra gas e vapore -   Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

7 - STATI CONDENSATI E CAMBIAMENTI DI STATO - Cenni sulle caratteristiche degli stati condensati in funzione del legame chimico e delle forze intermolecolari - Caratteristiche dello stato liquido - Tensione di vapore - Tensione superficiale - Viscosità - Cambiamenti di stato -  Caratteristiche dello stato solido - Solidi cristallini e amorfi - Passaggi di stato - Diagramma di stato dell'acqua. Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

8 - ELEMENTI DI TERMODINAMICA CHIMICA E CINETICA CHIMICA - Definizione di termodinamica - Sistema, ambiente e universo - Funzioni di stato - Energia Interna - Primo principio della termodinamica - Entalpia - Legge di Hess - Spontaneità dei processi - Entropia - Secondo principio della termodinamica - Energia libera di Gibbs - Ruolo della temperatura nella spontaneità delle reazioni chimiche - Definizione di velocità di reazione - Fattori che influenzano la velocità di reazione - Meccanismo di reazione e stadio limitante della velocità di reazione - Cenni sulla teoria delle collisioni, energia di attivazione e catalizzatori. Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

9 - SOLUZIONI ACQUOSE E PROPRIETA' COLLIGATIVE - Tipi di soluzioni - Unità di concentrazione – Solubilità (con particolare riferimento alla solubilità dei composti ionici) - Solubilità dei gas e legge di Henry - Soluzioni ideali e legge di Raoult - Proprietà colligative delle soluzioni: abbassamento della tensione di vapore, crioscopia, ebullioscopia osmosi e pressione osmotica - Soluzioni elettrolitiche e coefficiente di Van't Hoff - Concetto di diluizione - Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

10 - EQUILIBRIO CHIMICO - Reazioni chimiche dirette e inverse - Reazioni reversibili - L’equilibrio chimico - Legge di azione di massa e costante di equilibrio - Interpretazione termodinamica dell'equilibrio chimico - Principio dell'equilibrio mobile (o Principio di Le Chatelier) e fattori che influenzano l'equilibrio chimico - Dissociazione di elettroliti - Equilibri ionici in soluzione acquosa - Teoria degli acidi e delle basi: acidi e basi di Arrhenius e secondo Bronsted-Lowry - Forza di acidi e basi - Dissociazione dell'acqua (autoprotolisi) e scala di pH – pH di soluzioni aquose di acidi e basi forti e deboli - pH di soluzioni aquose di sali (idrolisi) - Soluzioni tampone - Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

11 - CENNI DI ELETTROCHIMICA - Celle galvaniche e pila di Daniell - Potenziali di cella - Serie dei potenziali standard di riduzione e sua importanza - Equazione di Nernst - Corrosione dei metalli  - Celle elettrolitiche - Elettrolisi dell'acqua - Cenni sulle batterie ricaricabili. Esercitazioni sugli argomenti del modulo.

12 - ELEMENTI DI CHIMICA ORGANICA - Introduzione alla Chimica Organica - Ibridazione del carbonio - Formule di struttura, nomenclatura, proprietà e reattività delle principali classi di composti organici: alcani, alcheni, alchini, idrocarburi aromatici, alcoli, fenoli, eteri, ammine, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e loro derivati con particolare riferimento a esteri e ammidi - Cenni sulla stereoisomeria e sulla chiralità - Esercitazioni sulla nomenclatura dei composti organici, domande e risposte sugli argomenti di chimica organica.

I testi consigliati per gli argomenti di Chimica Generale e Inorganica sono:

1. A. Credi, A. Del Zotto, A. Gasparotto, F. Marchetti, D. Zuccaccia - VIAGGIO NELLA CHIMICA - EdiSES, Napoli

2. Kotz, Treichel, Townsend (ed edizioni precedenti) - CHIMICA - EdiSES, Napoli

3. Petrucci - CHIMICA GENERALE - PICCIN

I testi consigliati per gli argomenti di Chimica Organica sono:

4. W. H. Brown, M. K. Campbell, S. O. Farrell - ELEMENTI DI CHIMICA ORGANICA - EdiSES, Napoli

I testi consigliati per le esercitazioni e le applicazioni numeriche sugli argomenti del corso sono:

5. Lausarot, Vaglio - STECHIOMETRIA PER LA CHIMICA GENERALE - Piccin

6. Marcì, Palmisano, Ruffo - STECHIOMETRIA - EdiSES, Napoli

7. I Bertini, C. Luchinat, F. Mani - STECHIOMETRIA - CEA

Altri testi già in possesso degli studenti potranno essere utilizzati previa valutazione da parte del docente.

Prova finale

La prova finale dell'insegnamento consiste in un esame scritto, articolato in quesiti a risposta aperta, quesiti a risposta multipla ed esercizi applicativi, volto ad accertare la conoscenza di tutti gli argomenti trattati durante il corso. La prova scritta è seguita da un colloquio orale, dedicato alla discussione della prova scritta stessa e all’approfondimento degli argomenti previsti dal programma dell'insegnamento. L’accesso alla prova orale è consentito esclusivamente previo superamento della prova scritta.

Prove in itinere

Durante il corso sono previste due prove in itinere.

Ciascuna prova in itinere consiste in un esame scritto articolato in quesiti a risposta aperta, quesiti a risposta multipla ed esercizi applicativi.

Alle prove in itinere possono partecipare tutti gli studenti, ivi inclusi gli studenti ripetenti o fuori corso, che abbiano frequentato almeno il 60% delle ore curriculari del corso per l'anno accademico di riferimento, rilevate dal docente alla data di svolgimento della prova. Gli studenti che superano la prima prova in itinere, prevista dopo lo svolgimento di circa il 50% del corso, potranno accedere alla seconda prova in itinere, prevista subito dopo la conclusione del corso.

Esclusivamente coloro che superano con esito positivo entrambe le prove in itinere saranno esonerati dalla prova scritta e potranno accedere direttamente alla prova orale. Tutti coloro che, invece, non superano la prima o la seconda prova in itinere, oppure non vi partecipano, dovranno sostenere la prova finale completa.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

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. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Per l’attribuzione del voto finale si terrà conto dei seguenti parametri:

Voto 29-30 e lode: lo studente ha una conoscenza approfondita degli argomenti del corso, riesce prontamente e correttamente a integrare e analizzare criticamente le situazioni presentate, risolvendo autonomamente problemi anche di elevata complessità; ha ottime capacità comunicative e proprietà di linguaggio.

Voto 26-28: lo studente ha una buona conoscenza degli argomenti del corso, riesce a integrare e analizzare in modo critico e lineare le situazioni presentate, riesce a risolvere in modo abbastanza autonomo problemi complessi ed espone gli argomenti in modo chiaro utilizzando un linguaggio appropriato;

Voto 22-25: lo studente ha una discreta conoscenza degli argomenti del corso, anche se limitata agli argomenti principali; riesce a integrare e analizzare in modo critico ma non sempre lineare le situazioni presentate ed espone gli argomenti in modo abbastanza chiaro con una discreta proprietà di linguaggio;

Voto 18-21: lo studente ha la minima conoscenza degli argomenti del corso, ha una modesta capacità di integrare e analizzare in modo critico le situazioni presentate ed espone gli argomenti in modo sufficientemente chiaro sebbene la proprietà di linguaggio sia poco sviluppata;

Esame non superato: lo studente non possiede la conoscenza minima richiesta dei contenuti principali dell’insegnamento. La capacità di utilizzare il linguaggio specifico è scarsissima o nulla e non è in grado di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.

- Nomenclatura dei principali composti inorganici e organici;

- Formule di strutture dei principali composti inorganici e organici, geometria molecolare secondo VSEPR e ibridazione dell'atomo centrale;

- Calcoli stechiometrici;

- Esercizi su proprietà colligative;

- Calcolo pH in miscele di acidi e basi, di soluzioni saline e tampone;

- Bilanciamento reazioni redox;

- L’Equilibrio chimico;

- La velocità di reazione e i fattori che la influenzano;

- Le soluzioni e le proprietà colligative;

- La tavola periodica e le proprietà periodiche degli elementi;

- Configurazione elettronica degli elementi;

- Entalpia, entropia, energia libera;

- Nomenclatura, proprietà e reattività delle principali classi di molecole organiche.