00088 - CHIMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento lo studente acquisisce le conoscenze di base della struttura della materia e dei principi termodinamici e cinetici che regolano la sua trasformazione, nonché le basi per comprendere le relazioni tra struttura, proprietà e reattività delle molecole organiche, con particolare riferimento agli aspetti inerenti al verde e al paesaggio. Al termine dell'insegnamento lo studente è in grado di comprendere, dal punto di vista molecolare, le reazioni chimiche che avvengono nella biosfera ambientale, nonché di predire il comportamento di una molecola in funzione della sua struttura. Le conoscenze acquisite in questo insegnamento trovano utilità nella comprensione di quelli di chimica agraria, agrometeorologia ed ecologia agraria, elementi di geopedologia, fitopatologia e fitoiatria, ed arboricoltura ornamentale

Contenuti

 

NOZIONI DI BASE

Unità di misura di comune impiego. La materia e le sue principali proprietà. Elementi e composti: formule e nomenclatura. 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. Atomi e molecole. Dimensioni di atomi e molecole. Concetto di mole. Definizione di unità di massa atomica. Pesi atomici e BASICS

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 beta-, beta+, cattura di elettroni. Decadimento alfa. 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 Planck 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 polielettronici.

Configurazione elettronica degli elementi. Energia di ionizzazione. Affinità elettronica. Elettronegatività.

Periodicità delle proprietà chimiche in funzione della configurazione elettronica esterna. Il sistema periodico degli elementi.

 

LEGAME CHIMICO

Legame chimico e composti. Struttura elettronica e geometria molecolare. Struttura di Lewis e regola dell'ottetto. Numero di carica formale. Numero di ossidazione. Legame covalente. Legame covalente polare. Legame ionico.

Metodo degli orbitali molecolari LCAO. Esempi di molecole semplici: H2, N2, O2, CO, NO. Metodo degli orbitali ibridi. Orbitali sp3, sp2, sp, sp3d, sp3d2 e orientazione spaziale.

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

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

 

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 CHIMICA

Gli stati di aggregazione della materia. Proprieta dei gas, liquidi, solidi. Trasformazioni di stato.

Proprietà delle soluzioni: soluzioni ideali, soluzioni reali, coefficienti di attività, forza ionica. Proprietà colligative.

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.

 

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 specie anfotere.

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.

Spontaneità delle reazioni redox e costanti di equilibrio. Celle galvaniche. Elettrolisi.