Scheda Insegnamento: FONDAMENTI DI CHIMICA A.A. 2017/2018
  • Corso di Laurea: INGEGNERIA INDUSTRIALE (L-9)
  • Codice: 18122
  • Crediti: 9
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 1
  • Erogazione: I semestre
  • Docente: STEFANO BOROCCI

Programma

Programma:
a) Obbiettivi Formativi
Il corso si propone di fornire agli studenti una introduzione al linguaggio e alla metodologia di studio dei fenomeni chimici di carattere generale. Il corso, sia attraverso le lezioni frontali sia attraverso le esercitazioni, intende fornire allo studente gli elementi per essere in grado di scrivere le formule di struttura dei principali composti inorganici e la relativa nomenclatura, utilizzare la mole e i rapporti molari nelle reazioni chimiche, conoscere i concetti fondamentali della termodinamica chimica per lo studio degli stati di aggregazione della materia, le soluzioni e gli equilibri chimici con particolare attenzione agli equilibri acido-base e di precipitazione, conoscere inoltre i concetti fondamentali di cinetica chimica e della elettrochimica.

b) Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente dovrà mostrare di:
1) Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere i principi fondamentali della Chimica Generale per descrivere la materia e le sue proprietà: la struttura atomica, 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
2) Capacità di applicare conoscenze e comprensione: aver acquisito competenze applicative con riferimento al bilanciamento di reazioni, calcoli stechiometrici e risoluzione di problemi sugli acidi-basi, termodinamica ed elettrochimica
3) Autonomia di giudizio: essere in grado di valutare e risolvere autonomamente problemi riguardanti i contenuti del corso.
4) Abilità comunicative: aver sviluppato una buona capacità espositiva orale e scritta dei concetti acquisiti
5) Capacità di apprendimento: essere in grado di approfondire gli argomenti in contesti diversi ed in modo autonomo



c) Programma:
Introduzione
Stati di aggregazione della materia. Sistemi omogenei ed eterogenei. Sostanze ed elementi chimici. Principali tecniche di separazione (filtrazione, centrifugazione, distillazione). Trasformazioni fisiche e chimiche. Energia e trasformazioni chimiche. Proprietà intensive ed estensive della materia. L'atomo: protoni, neutroni ed elettroni. Numero atomico e numero di mass: isotopi. Masse atomiche e masse atomiche relative. Simboli chimici e loro significato quantitativo. Composti molecolari e composti ionici. Massa molecolare relativa. Numero di Avogadro, concetto di mole.

Struttura dell'atomo
Modello di Bohr dell’atomi di idrogeno. Spettri atomici. De Broglie e la natura ondulatoria della materia. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Dualità onda-particella. Orbitali atomici. Numeri quantici. Principio di esclusione di Pauli. Configurazione elettronica degli elementi. Principio dell'Aufbau. Il sistema periodico degli elementi. Proprietà periodiche.

Il legame chimico
Legame ionico e covalente. Proprieta' del legame: ordine, distanza ed energia. Elettronegativita' e momento dipolare. Strutture di Lewis. Modello VSEPR e geometria delle molecole. Teoria del legame chimico: orbitali ibridi e teoria della risonanza in chimica. Proprieta' magnetiche delle molecole. Forze intermolecolari. Legame idrogeno.

Formule chimiche
Nomenclatura dei composti inorganici. Numero di ossidazione. Reazioni di ossidoriduzione.

Lo stato gassoso
Equazione di stato dei gas ideali. Legge di Dalton per le miscele gassose. Densità e densità relativa dei gas e delle miscele gassose. Massa molecolare media di una miscela gassosa. Gas reali, equazione di Van der Waals. Temperatura di Boyle. Stato critico dei gas reali.

Lo stato solido
Reticoli cristalline e celle elementari. Solidi molecolari, ionici, covalenti e metallici. Polimorfismo ed allotropia. Teoria degli orbitali molecolari. Teoria delle bande nei solidi metallici, semiconduttori ed isolanti. Drogaggio dei semiconduttori: semiconduttori di tipo p ed n.

Lo stato liquido
Tensione superficiale di un liquido. Viscosità e tensione di vapore. Cristalli liquidi termotropici e liotropici: proprietà ed applicazioni tecnologiche.

Termodinamica
Definizione di sistema termodinamico. Funzioni di stato. Trasformazioni cicliche e aperte. Trasformazioni reversibili ed irreversibili Calore, lavoro ed energia interna. Primo principio della termodinamica. Entalpia e legge di Hess. Entropia. Secondo principio della termodinamica. Processi spontanei. Energia libera. Terzo principio della termodinamica.

Equilibri fisici
Passaggi di stato, equazioni di Clapeyron e Claussius-Clapeyron. Diagrammi di stato ad un componente: acqua e anidride carbonica.

Soluzioni
Concentrazione e sue unità . Solubilità e processi di dissoluzione. Soluzioni di gas nei liquidi. Entalpia di dissoluzione ed effetto della temperatura sui processi di solubilizzazione. Soluzioni ideali e soluzioni reali. Legge di Raoult. Proprietà colligative delle soluzioni ideali e determinazione della masse molecolari dei composti. Liquidi miscibili, parzialmente miscibili ed immiscibili.

Equilibrio chimico
Processi spontanei ed equilibrio termodinamico nelle reazioni chimiche. Legge di azione di massa. Isoterma ed isocora di van't Hoff. Equilibri omogenei. Principio di Le Chatelier. Effetto della variazione di concentrazione di un reagente o un prodotto sull’equilibrio. Effetto della variazione di volume, pressione e temperatura sugli equilibri omogenei. Equilibri eterogenei.

Soluzioni elettrolitiche
Teoria di Arrhenius della dissociazione elettrolitica. Elettroliti forti e deboli. Fattore di van't Hoff e proprietà colligative di soluzioni di elettroliti.

Equilibri in soluzione
Equilibri acido-base: Definizioni generali (Arrhenius, Broensted-Lowry, Lewis). Forza degli acidi e delle basi e costanti di equilibrio. Struttura molecolare e proprietà di acido-base. Autoionizzazione dell'acqua. Il pH. Calcolo del pH di soluzioni acide, basiche, e saline. Soluzioni tampone. Solubilità e prodotto di solubilità di sali.

Cinetica chimica
Velocità di reazione. Leggi cinetiche e leggi cinetiche integrate. Ordine e molecolarità di una reazione. Equazione di Arrhenius. Energia di attivazione. Meccanismo cinetico delle reazioni. Teoria delle collisioni e teoria del complesso attivato. Catalisi.

Elettrochimica
Potenziale di un semielemento ed equazione di Nernst. Potenziali standard di riduzione. Pile chimiche e pile a concentrazione. Elettrolisi e leggi di Faraday. Applicazioni: accumulatori e corrosione.

Stechiometria: Mole. Formule minime e molecolari. Nomenclatura dei principali composti inorganici. Equazioni chimiche e rapporti ponderali. Reattivo limitante. Legge dei gas e specie gassose nelle reazioni chimiche. Analisi indiretta. Soluzioni e analisi volumetrica. Equilibri chimici gassosi, omogenei ed eterogenei. Termochimica e termodinamica delle reazioni. Proprietà colligative delle soluzioni di non elettroliti e di elettroliti. Calcolo del pH di soluzioni di acidi, basi e sali. Soluzioni tampone.

MATERIALE DIDATTICO:
https://drive.google.com/open?id=0BwpZAbD9_hMxYjB3S3EwLVVKb3M

Testi consigliati

* M. Casarin, L. Casella, R. D'Agostino, A. Filippi, F. Grandinetti, R. Purrello, N. Re, M. Speranza, "Chimica Generale e Inorganica", Edi Ermes
M. Silberberg "Chimica" McGraw-Hill, 3a Edizion
* Brown, Lemay, Bursten, Murphy, Woodward, "Fondamenti di chimica", EdiSES, 3a Edizione
Approfondimento
* P. Silvestroni "Fondamenti di Chimica", Ed. CEA-Zanichelli

Stechiometria:
* F. Cacace, M. Schiavello, "Stechiometria", ed Bulzoni.

Propedeuticità

Nessuna

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 72

Valutazione del profitto

Prova scritta, prova orale

Descrizione dei metodi di accertamento

L'esame si svolge nelle forme stabilite dall'art. 23 del Regolamento Didattico di Ateneo. Del suo svolgimento viene redatto apposito verbale, sottoscritto dal Presidente e dai membri della commissione e dallo studente esaminato. Il voto è espresso in trentesimi, con eventuale lode. Il superamento dell'esame presuppone il conferimento di un voto non inferiore ai diciotto/trentesimi e comporta l'attribuzione dei corrispondenti crediti formativi universitari. Nella valutazione delle prova e nell’attribuzione del voto finale si terrà conto: del livello di conoscenza dei contenuti dimostrato (superficiale, appropriato, preciso e completo, completo e approfondito), della capacità di applicare i concetti teorici (errori nell’applicare i concetti, discreta, buona, ben consolidata), della capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima), della capacità di senso critico e di formulazione di giudizi (sufficiente, buona, ottima), della padronanza di espressione (esposizione carente, semplice, chiara e corretta, sicura e corretta).

Gli esami si svolgono in tre sessioni:
sessione invernale (estiva anticipata)
sessione estiva
sessione autunnale
L'esame consistera' in una prova scritta e in una prova orale. L'ammissione alla prova orale prevede il superamento della prova scritta con un voto superiore o uguale a 16/30. La validità di una prova scritta è limitata alla sessione in cui si e' svolta. Nell’attribuzione del voto finale si terrà conto della prova scritta e della prova orale.
La prova scritta consiste nella risoluzione di cinque problemi di stechiometria riguardanti gli argomenti riportati nella sezione “Stechiometria” del Programma di Fondamenti di Chimica.
La prova orale riguarderà domande relative al programma svolto durante il corso.

Luogo lezioni

Aula Magna V/ aula 4 Blocco Riello

Orario lezioni

Mercoledì ore 11.00-13.00 aula magna
Giovedì ore 14.00-16.00 aula 4
Venerdì ore 11.00-13.00 aula magna

Comunicazioni

Martedì 12:00-13:00, giovedì 12:00-13:00 nel periodo Settembre-Dicembre
oppure qualsiasi giorno previo appuntamento da concordare via e-mail.
Dipartimento per la Innovazione nei sistemi Biologici, Agroalimentari e Forestali (DIBAF)
Largo dell’Università-Blocco D
2° Piano, Stanza 310A
Tel: 0761-357127
e-mail: borocci@unitus.it