28625 - FONDAMENTI DI CHIMICA T-A (L-Z)

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire le conoscenze di Chimica necessarie per interpretare le proprietà ed il comportamento dei materiali coinvolti nei principali processi di produzione e per comprendere gli effetti di questi ultimi sull’ambiente.

Contenuti

1. Classificazione chimica della materia. Sistemi omogenei ed eterogenei, sostanze e miscele, elementi e composti. Composizione dell’atomo, simboli atomici, numero atomico e di massa, isotopi, ioni.

2. La struttura atomica della materia. Atomi e molecole. Le particelle fondamentali della materia ed i primi modelli atomici: il modello di Rutherford. Numero atomico e numero di massa; nuclídi e isotopi. Pesi atomici relativi e assoluti; l'unità di massa atomica. La mole ed il numero di Avogadro.

3. La struttura del nucleo atomico. Nuclídi stabili e radionuclídi. La radioattività e processi nucleari.

4. Le configurazioni elettroniche degli atomi. L'effetto fotoelettrico. Lo spettro di emissione dell’atomo di idrogeno. Il principio di indeterminazione di Heisenberg. Le onde di De Broglie. L'equazione di Schrödinger e sua applicazione al caso dell'atomo di idrogeno. Orbitali atomici e numeri quantici. Gli atomi con più elettroni: lo spin dell'elettrone ed il numero quantico di spin: il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund. La configurazione elettronica dei principali elementi. La Tavola Periodica degli elementi; le principali proprietà periodiche e loro andamento lungo i gruppi ed i periodi.

5. Il legame chimico. Il legame covalente. Legami semplici e legami multipli: legami di tipo sigma e di tipo pigreco. I legami di coordinazione. La teoria del legame di valenza (VB). La valenza degli atomi. Gli orbitali ibridi e la geometria molecolare; gli ibridi sp, sp2, sp3; cenni ad altri tipi di ibridazione. Cenni alla teoria VSEPR. Molecole polari ed apolari. La teoria degli orbitali molecolari (OM). Il legame ionico. Valenza ionica. Il legame metallico; il modello a bande nei solidi. Conduttori e isolanti. I semiconduttori e il loro drogaggio. I legami deboli.

6. Le reazioni chimiche. L'equazione stechiometrica e il suo significato. La nomenclatura dei composti inorganici ed organici più comuni. Le reazioni di ossidoriduzione e loro bilanciamento. Calcoli stechiometrici.

7. Gli stati di aggregazione della materia. Lo stato gassoso: il modello del gas ideale e l'equazione di stato dei gas. Le leggi di Dalton. Il fattore di comprimibilità. La temperatura critica. Lo stato liquido: la pressione di vapore e la temperatura di ebollizione. Le soluzioni. La solubilità di un solido e di un gas in un liquido. Lo stato solido: solidi amorfi e solidi cristallini; il reticolo cristallino e la cella elementare.

8. Termochimica. Il primo principio della Termodinamica; l'energia interna e l'entalpia. Termochimica: le equazioni termochimiche; L'entalpia standard di formazione; l'entalpia standard di reazione. La legge di Hess. L’entropia. L’energia libera di Gibbs.

9. I diagrammi di stato. Diagrammi di stato ad uno e due componenti.

10. Soluzioni. Concentrazione. Molarità e altri modi di esprimere la concentrazione. Diluizione di una soluzione. Comportamento di soluzioni ideali. Proprietà colligative, pressione osmotica. Solubilità.

11. L'equilibrio chimico. L'equilibrio chimico da un punto di vista cinetico. Espressioni delle costanti di equilibrio per sistemi gassosi ideali: KP e Kc. Calcolo della composizione all'equilibrio. Lo spostamento dell'equilibrio. L'equazione di Van't Hoff

12. La cinetica chimica. La velocità di reazione. L'equazione cinetica. L'ordine di reazione. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione: l’equazione di Arrhenius; l'energia di attivazione. I catalizzatori: proprietà generali; catalisi omogenea ed eterogenea.

13. Equilibri ionici in soluzione. L'autoprotolisi dell'acqua. Soluzioni acide, neutre e basiche: il pH. Acidi e basi secondo Arrhenius e secondo Brönsted e Lowry. Idrolisi salina. Soluzione tampone.

14. Elettrochimica. La pila Daniell. La forza elettromotrice di una pila. La serie elettrochimica. L'equazione di Nernst. I processi elettrolitici.

15. Fondamenti di chimica organica. Principali gruppi funzionali in Chimica organica.

16. Materiali polimerici.·Reazioni di polimerizzazione. Classi di polimeri: termoplastici, termoindurenti, tecnopolimeri, elastomeri.·Grado di cristallinità. Proprietà termiche e meccaniche dei polimeri. I polimeri da fonti rinnovabili.

17. Materiali metallici. Diagrammi di stato: sostanze pure e a due componenti. Regola delle fasi e regola della leva.·Produzione di acciai e ghise.·Diagramma di stato Ferro-Carbonio. Trattamenti termici degli acciai e prestazioni meccaniche. Leghe metalliche non ferrose.

18. Materiali compositi. Materiali compositi a matrice polimerica. Compositi a base di fibra di carbonio, Kevlar e fibra di vetro. Metodi di preparazione e proprietà dei materiali compositi.

Testi/Bibliografia

Viene consigliato di utilizzare il materiale didattico proiettato e gli appunti di lezione (https://virtuale.unibo.it/).

Come integrazione allo studio si consigliano:

• per la parte teorica di chimica

M. Schiavello, L. Palmisano. Fondamenti di Chimica Generale. EdiSES.

R.A. Michelin, A. Munari. Fondamenti di Chimica. CEA

• per la parte teorica dei materiali

W.F. Smith, J. Hashemi Scienza e tecnologia dei materiali. McGraw-Hill

• per la parte di esercitazioni

R.A. Michelin, P. Sgarbossa, M. Mozzon, A. Munari - "CHIMICA, Test ed Esercizi", Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2018.

Nel materiale didattico sono a disposizione degli studenti esercizi preparati sulla traccia di quelli svolti nelle esercitazioni in aula.

Metodi didattici

Il corso si basa su lezioni frontali, svolte in aula, supportate mediante la proiezione di presentazioni in PowerPoint.

Sui vari argomenti del programma è previsto lo svolgimento di esercizi guidati che saranno analoghi, per tipologia e difficoltà, a quelli proposti in sede di esame.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale, che prevede lo svolgimento di una prova scritta della durata di 2 ore senza l'aiuto di appunti, dispense o libri, e di nessun tipo di dispositivo elettronico (esclusa la calcolatrice).

La prova scritta consiste di domande di teoria a risposta multipla e aperte, e di esercizi sugli argomenti svolti a lezione

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite AlmaEsami, entro le scadenze indicate. È necessario presentarsi in sede d'esame muniti di un documento di identità o del badge universitario, pena l'esclusione dalla prova.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni frontali in aula saranno supportate dalla presentazione di diapositive in PowerPoint che potranno essere scaricate in formato PDF (https://virtuale.unibo.it/) prima dell'inizio di ciascuna lezione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesca Giulia Di Maria

Consulta il sito web di Giulia Guidotti