00130 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce i principi fondamentali della Chimica Generale ed Inorganica. In particolare conosce la struttura dell’atomo, le proprietà degli elementi e la loro capacità di formare composti, le strutture molecolari, le reazioni chimiche, gli scambi di energia, gli stati della materia, la cinetica chimica, gli equilibri in soluzione, le proprietà acido-base, l’elettrochimica.

Contenuti

NOZIONI DI BASE

Unità di misura di comune impiego La materia. Elementi e composti. Atomi e molecole. Dimensioni di atomi e molecole. Concetto di mole. Definizione di unità di massa atomica. Pesi atomici e molecolari. Numero di Avogadro. Come si determina sperimentalmente il numero di Avogadro.

 

STRUTTURA ATOMICA

Costituenti degli atomi. Dimensioni dell'atomo e del nucleo. Struttura del nucleo. Isotopi. Abbondanza isotopica e pesi atomici. Nuclei stabili e nuclei instabili. Difetto di massa ed energia di legame nucleare. Lo spettrometro di massa e la determinazione della massa assoluta degli isotopi. Trasformazione dei nuclei instabili. Decadimenti β-, β+, cattura di elettroni. Decadimento α. Radiazioni associate ai decadimenti radioattivi. Leggi del decadimento radioattivo. La radioattività nell'ambiente.

 

Struttura elettronica dell'atomo. Proprietà di onde e particelle. La costante di Plank e la quantizzazione dell'energia. Il comportamento duale onda-particella. La relazione di indeterminazione quantistica. Gli elettroni come onde confinate nel potenziale elettrico del nucleo. L'equazione d'onda e i numeri quantici. Livelli energetici per l'atomo di idrogeno e per gli atomi idrogenoidi. Livelli energetici per gli atomi poli elettronici.

 

Configurazione elettronica degli elementi. Potenziali di ionizzazione. Affinità elettronica. Elettronegatività. Periodicità delle proprietà chimiche in funzione della configurazione elettronica esterna. Il sistema periodico.

 

LEGAMI CHIMICI

Legame chimico e composti. Legame covalente. Legame covalente polare.

Metodo degli orbitali molecolari LCAO. Esempi di molecole semplici: H2, N2, O2, CO, NO. Metodo egli orbitali ibridi. Orbitali sp3, sp2, sp e orientazione spaziale.

Metodo VSEPR. Applicazioni del metodo VSEPR. Formule di risonanza. Numero di carica formale. Contributo delle singole formule di risonanza alla struttura molecolare. Limiti del metodo VSEPR.

Struttura elettronica e geometria molecolare. Struttura di Lewis e regola dell'ottetto. Numero di carica formale. Numero di ossidazione.

Legame ionico. Legami di coordinazione. Legame metallico. Legame di idrogeno e sua importanza nelle strutture biologiche. Ferze di coesione e adesione.

 

Formula minima. Formula molecolare. Formula di struttura. Determinazione della formula molecolare dall'analisi elementare e dal peso molecolare. Cenni sui metodi per la determinazione della struttura molecolare.

 

REAZIONI CHIMICHE

Bilanciamento reazioni: metodo algebrico, metodo del numero di ossidazione per reazioni red-ox, metodo delle semi reazioni. Calcoli stechiometrici relativi a reazioni chimiche.

 

TERMODINAMICA

Stati della materia. Proprieta dei gas, liquidi, solidi. Definizione di sistema aperto, chiuso, isolato. Energia interna di un sistema. Entalpia. Entropia. Energia libera, spontaneità delle reazioni. Energia libera ed equilibrio chimico

Teoria cinetica dei gas. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann delle velocità e delle energie.

Gli stati di aggregazione della materia. Trasformazioni di stato. Proprietà delle soluzioni. Proprietà colligative.

 

CINETICA CHIMICA

Cinetica chimica. Ordine di reazione. Stadi elementari o molecolari delle reazioni. Reazioni di primo e secondo ordine. Equazioni cinetiche e tempi di dimezzamento. Fattori che controllano la costante cinetica. Dipendenza della costante cinetica dalla temperatura e dalla energia di attivazione. Ruolo dei catalizzatori. Enzimi come catalizzatori biologici. Cinetica ed equilibri chimici

 

EQUILIBRI CHIMICI

Equilibri chimici. Costanti di equilibrio. Equilibri omogenei in soluzione acquosa. Equilibri acido-base. Definizione di Ka e pKa. Definizione di pH. Prodotto ionico dell'acqua.

Acidi e basi secondo Lewis, Bronsted e Lowry. Coppie acido-base coniugate. Relazione tra Ka e Kb per una coppia coniugata. pH di acidi e basi forti. pH di acidi e basi deboli. pH di sali.

Indicatori di pH. Soluzioni tampone. Equilibri eterogenei. Solubilità dei sali. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune e del pH sulla solubilità. Equilibri eterogenei liquido-liquido. Costanti di ripartizione.

 

ELETTROCHIMICA

Semi-celle. Potenziali elettrodici. Potenziali standard di ossido-riduzione. Legge di Nernst. Celle galvaniche. Elettrolisi.

 

Testi/Bibliografia

TESTI CONSIGLIATI

 

-         R. Chang, "Fondamenti di Chimica Generale", McGraw Hill, 2009

-         P. Atkins, L. Jones, “Principi di chimica”, Zanichelli.

-         I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, “Chimica”, Casa Editrice Ambrosiana

-         J. E. Brady, J. R. Holum, “Fondamenti di chimica”, Zanichelli.

 

-         APPUNTI DI LEZIONE

-         ESERCIZI CON SOLUZIONE

 

Metodi didattici

Lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche in aula

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale o scritto, a scelta dello studente

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna e diapositive

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Gattavecchia