CHIMICA

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.

Oltre alle lezioni frontali che occuperanno gran parte del corso, saranno dedicate delle ore alle esercitazioni numeriche con riferimento alla risoluzione di problemi su argomenti trattati durante le lezioni frontali. Durante le esercitazioni verranno anche chiariti eventuali dubbi sugli argomenti teorici di tutto il programma.

Il docente fornirà il materiale didattico utilizzato durante le lezioni frontali via studium.

Si precisa che il materiale fornito dal docente deve essere inteso come supporto allo studio personale e non può essere considerato in sostituzione di un libro di testo tra quelli consigliati.

PROGRAMMA DEL CORSO

1 - STRUTTURA DELL'ATOMO - Le particelle subatomiche: elettrone, protone, neutrone - Numero atomico, numero di massa - Isotopi - Unità di massa atomica - Modello atomico di Bohr/Rutherford - Cenni sulla descrizione quantistica dell'atomo - Orbitali atomici - Numeri quantici - Principio di esclusione di Pauli - Principio della massima molteplicità.

2 - SISTEMA PERIODICO DEGLI ELEMENTI - Classificazione periodica e configurazione elettronica degli elementi - Proprietà periodiche: raggi atomici e ionici, energia di ionizzazione, affinità elettronica ed elettronegatività.

3 - LEGAME CHIMICO - Legame ionico - Legame covalente - Teoria del legame di valenza - Elettronegatività degli atomi e polarità dei legami - Numero di ossidazione - Legame dativo - Teoria V.S.E.P.R.: geometria molecolare - Orbitali ibridi - Risonanza - Formule di struttura dei composti inorganici più comuni - Legame metallico.

4 - FORZE INTERMOLECOLARI - Forze di Van der Waals e di London - Legame a idrogeno.

5 -  NOMENCLATURA E STECHIOMETRIA - Il concetto di mole e le leggi della stechiometria - Formula chimica di un composto: significato e sua determinazione - 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. Esercitazioni sulla nomenclatura, applicazioni numeriche e calcoli stechiometrici.

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.  Applicazioni numeriche.

7 - STATI CONDENSATI E CAMBIAMENTI DI STATO - Cenni sulle caratteristiche dello stato solido in funzione del legame chimico e delle forze intermolecolari - Caratteristiche dello stato liquido - Cambiamenti di stato - Tensione di Vapore - Diagramma di stato dell'acqua.

8 - ELEMENTI DI TERMODINAMICA E CINETICA - Energia Interna - Entalpia - Legge di Hess - Entropia - Energia Libera - 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.

9 - SOLUZIONI ACQUOSE - Tipi di soluzioni - Unità di concentrazione – Solubilità (con particolare riferimento alla solubilità dei composti ionici) - Legge di Henry - Proprietà colligative delle soluzioni: abbassamento della tensione di vapore e legge di Raoult - Crioscopia ed ebullioscopia - Osmosi e pressione osmotica - Soluzioni elettrolitiche. Proprietà colligative di elettroliti - Grado dissociazione. Applicazioni numeriche.

10 - L’EQUILIBRIO CHIMICO - L’equilibrio nei sistemi omogenei - Legge di azione di massa e costante di equilibrio - Principio dell'equilibrio mobile (o Principio di Le Chatelier) e fattori che influenzano l'equilibrio chimico - Equilibri ionici in soluzione acquosa - Dissociazione dell'acqua e pH –Teoria degli acidi e delle basi: acidi e basi di Arrhenius, Bronsted e Lewis – pH di soluzioni saline (idrolisi) - Soluzioni tampone - Calcolo del pH di soluzioni di acidi, basi, sali e tamponi – Indicatori di pH - Cenni sugli equilibri di precipitazione in soluzione acquosa. Applicazioni numeriche e calcoli di pH.

11 - CENNI DI ELETTROCHIMICA - Celle galvaniche - Equazione di Nernst - Serie dei potenziali standard e sua importanza - Elettrolisi - Leggi di Faraday. Applicazioni numeriche.

12 - CENNI DI CHIMICA INORGANICA - Metalli e non metalli: generalità sulle proprietà di alcuni elementi della tavola periodica - Caratteristiche generali di ciascun gruppo del sistema periodico.

13 - 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, alogenuri alchilici, alcoli, fenoli, eteri, ammine, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e loro derivati con particolare riferimento a esteri e ammidi - Cenni sulla stereoisomeria e sulla chiralità - Fondamenti sulle molecole organiche di importanza biologica: carboidrati, lipidi, amminoacidi e proteine, acidi nucleici, RNA e DNA. 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 del docente.

Nel corso dell'insegnamento saranno previste due prove in itinere. Gli studenti che superano la prima prova in itinere (prevista dopo circa il 50% del corso) potranno accedere alla seconda prova in itinere (prevista subito dopo l'ultima lezione frontale). Solamente coloro che superano con esito positivo entrambe le prove in itinere potranno accedere alla prova orale.

Per coloro che non superano le prove in itinere o non vi partecipano, l'esame consisterà di una prova scritta superata la quale si potrà accedere ad una prova orale.

Quindi, la prova finale (prova scritta e prova orale) consiste in un esame scritto per accertare la conoscenza di tutti gli argomenti trattati durante il corso e di un colloquio orale dedicato alla discussione della prova scritta oltre all’approfondimento degli argomenti chiave del programma di chimica comprensivo della parte di chimica organica. Si specifica che si accede alla prova orale finale solo con il superamento della prova scritta.

- 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;

- Proprietà e reattività delle principali classi di molecole organiche;

- Molecole di importanza biologica.