B1973 - ISTITUZIONI DI CHIMICA GENERALE ED INORGANICA P

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente è in grado di: (a) conoscere i principi della Chimica Generale: relazione tra struttura e proprietà chimico-fisiche; (b) sapere distinguere la tipologia delle reazioni: acido-base e ossidoriduttive; (c) saper scrivere e bilanciare le reazioni chimiche; (d) conoscere i principi della termodinamica e della cinetica chimica; (e) conoscere i principi generali dell'elettrochimica e saper spiegare con essi i fenomeni di corrosione dei metalli.

Contenuti

Unità didattica I - LA STRUTTURA

I.1 - Introduzione e concetti fondamentali. Sistemi omogenei ed eterogenei, sostanze e miscele, elementi e composti.
Atomi e particelle subatomiche, simboli atomici, numero atomico e di massa, isotopi, ioni.
Massa atomica e peso atomico, formula minima e formula molecolare, peso formula e peso molecolare, mole.

I.2 - L'atomo. Dualismo onda-particella e modello quantistico dell’atomo di idrogeno e degli atomi polielettronici. Gusci e sottogusci di orbitali, numeri quantici, configurazioni elettroniche.
La tavola periodica e le proprietà periodiche degli elementi chimici.

I.3 - Il legame chimico. Il legame covalente; formule di Lewis, lunghezza ed energia di legame; elettronegatività e polarizzazione dei legami. Geometria delle molecole. Teoria del legame di valenza, orbitali atomici ibridi, legame doppio e triplo.
Il legame ionico; proprietà caratteristiche dei composti ionici.
Il legame metallico; le leghe.
Forze intermolecolari: forze di London, forze dipolo-dipolo, legami a idrogeno.

I.4 - Gas, liquidi, solidi. Proprietà dei gas: leggi dei gas ideali, pressioni parziali, gas reali.
I liquidi: tensione di vapore, punto di fusione e di ebollizione. Lo stato solido: cenni sulle proprietà fisiche dei solidi.
Forme allotropiche dei principali elementi. Diagrammi di stato, transizioni di fase.

I.5 - Soluzioni. Concentrazione e sue espressioni. Preparazione e diluizione di una soluzione.
Proprietà colligative.
Previsione della solubilità dei soluti nei solventi.

Unità didattica II - LE TRASFORMAZIONI

II.1 - Reazioni ed equazioni chimiche. Equazioni chimiche e loro bilanciamento; reagente limitante.
Numero di ossidazione; classi di reazioni chimiche: acido-base e ossidoriduzione; bilanciamento delle reazioni redox.

II.2 - Termodinamica chimica. Calore ed energia.
Primo principio della termodinamica, funzioni di stato, entalpia di reazione; stato standard termodinamico.
L'entropia e il suo significato. Secondo e terzo principio della termodinamica.
Reazioni spontanee, energia libera di Gibbs.

II.3 - L’equilibrio chimico. Equilibri in fase gassosa; reazioni complete e incomplete. Equilibri eterogenei.
Costante di equilibrio e quoziente di reazione. Principio di Le Châtelier; effetto delle variabili di stato sull’equilibrio.
Significato termodinamico dell'equilibrio.

II.4 - Equilibri acido-base in acqua. Acidi e basi secondo Brønsted e Lowry, coppie acido-base coniugate.
Autodissociazione dell’acqua; il pH; forza di acidi e basi.
Calcolo del pH di acidi e basi forti e deboli, grado di dissociazione.
Idrolisi di sali e pH delle loro soluzioni; soluzioni tampone.

II.5 - Equilibri di solubilità. Sali poco solubili; solubilità e prodotto di solubilità; effetto dello ione comune.

II.6 - Elettrochimica. Pile, elettrodi, potenziali standard.
Equazione di Nernst; pile a concentrazione ed elettrodo a vetro. Elettrolisi. Celle a combustibile. La corrosione dei metalli.

II.7 - Cinetica chimica. Velocità di reazione, legge cinetica e costante di velocità; equazione cinetica integrata del primo e secondo ordine.
Meccanismo di reazione, ordine e molecolarità, processi elementari, stadio lento.
Energia di attivazione, equazione di Arrhenius, cenni alla teoria degli urti; catalisi omogenea, eterogenea ed enzimatica.

Testi/Bibliografia

Il materiale didattico, comprensivo delle slide del corso, è reso disponibile dal docente prima dell'inizio del corso attraverso il repository di Ateneo, https://virtuale.unibo.it/

Si consiglia di consultare uno qualsiasi fra i molti testi di chimica (chimica di base, elementi/fondamenti di chimica) a livello universitario. Alcuni suggerimenti:

• A. Credi, A. del Zotto, A. Gasparotto, F. Marchetti, D. Zuccaccia, Viaggio nella Chimica, EdiSES
• I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, Chimica, CEA
• R. Chang, Fondamenti di chimica generale, McGraw Hill
• A. M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio, Fondamenti di chimica, CEA
• P. M. S. Silberberg, Chimica, McGraw Hill
• F. Nobile, P. Mastrorilli, La chimica di base, CEA
• L. Palmisano e altri, Elementi di chimica, Edises

Per una lettura di approfondimento utile e piacevole si segnala:

V. Balzani, M. Venturi, Chimica! Leggere e scrivere il libro della natura, Scienza Express, Trieste, 2012

 

Si consiglia vivamente di frequentare le lezioni, ma non limitarsi a studiare sulle diapositive e sugli appunti di lezione; è importante completare la preparazione con l'ausilio di un libro di testo.

Metodi didattici

Lezioni frontali con esercitazioni numeriche sugli argomenti svolti. Le lezioni vengono svolte con l’ausilio di presentazioni powerpoint e della lavagna.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene con l’esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze attese tramite lo svolgimento di una prova scritta. Lo studente ha a disposizione un tempo di due ore e non può avvalersi dell’aiuto di appunti o libri, mentre può utilizzare la tavola periodica e l'elenco delle costanti fondamentali, che saranno forniti in sede d'esame. E' necessario presentarsi all'esame muniti di calcolatrice scientifica. Per sostenere la prova d'esame negli appelli stabiliti è obbligatoria l'iscrizione tramite AlmaEsami, nel rispetto inderogabile delle scadenze indicate.

La prova scritta comprende:

• sette domande di teoria su tutti gli argomenti trattati nelle unità didattiche;
• tre esercizi numerici, ciascuno su un diverso argomento fra i seguenti trattati nel corso: peso atomico e mole, bilanciamento delle reazioni e calcoli stechiometrici, proprietà colligative, calcoli di concentrazioni e pH di acidi e basi forti e deboli, solubilità.

A ciascuna risposta corretta nelle domande di teoria vengono assegnati 2 punti; a ciascun problema numerico viene assegnato un punteggio compreso fra 0 e 6. Il voto finale dello scritto viene calcolato sommando i punteggi ottenuti in tutte le domande e i problemi.

Il punteggio massimo ottenibile nella prova è 32, corrispondente a 30 e lode; l’esame viene superato se viene ottenuto un punteggio di almeno 18.

La valutazione della prova finale determina il voto dell’esame; non sono previste prove parziali in itinere.

La prova d'esame può essere sostenute in lingua inglese. Gli studenti che desiderano sostenere l'esame in lingua inglese devono richiederlo per iscritto (email) al docente almeno una settimana prima dell'esame.

Strumenti a supporto della didattica

I lucidi delle lezioni nell'ultima versione sono scaricabili dalla piattaforma Virtuale (https://virtuale.unibo.it/)

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Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alberto Credi