CHIMICA

ATOMO (1 CFU)

Proprietà della materia. Stati di aggregazione della materia. Miscele (eterogenee, omogenee) e sostanze pure. Elementi e composti. Leggi ponderali. Sviluppo storico della teoria atomica della materia. Particelle fondamentali dell’atomo. Esperienza di Rutherford. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Mole, numero di Avogadro, unità di massa atomica, massa atomica relativa. Difetto di massa. Natura (ondulatoria, particellare) della luce. Spettri atomici. Modello atomico di Bohr. Dualismo onda-particella di materia e energia. Postulato di De Broglie. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Modello quantomeccanico dell’atomo. Orbitale atomico e posizione probabile dell’elettrone. Numeri quantici. Atomi polielettronici. Lo spin elettronico. Configurazioni elettroniche degli elementi della tavola periodica. Principio di Aufbau. Tavola periodica degli elementi e proprietà periodiche. Raggi atomici. Energia di ionizzazione. Affinità elettronica.

LEGAME CHIMICO - REAZIONI CHIMICHE (1 CFU)

Formule di Lewis. Energia di legame. Legame covalente. Teoria del legame di valenza. Elettronegatività. Risonanza. Orbitali ibridi e geometria delle molecole. Teoria VSEPR. Orbitali delocalizzati. Legame ionico. Energia reticolare. Cenni sulla teoria dell’orbitale molecolare. Legame metallico. Teoria delle bande. Semiconduttori. Forze intermolecolari. Legame idrogeno.

Valenza. Numero d'ossidazione. Classificazione e nomenclatura dei composti inorganici. Reazioni chimiche. Reazioni redox. Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche. Equivalente. Peso equivalente. Calcoli stechiometrici.

STATI DELLA MATERIA (1 CFU)

Stato gassoso. Proprietà dei gas. Gas ideali. Leggi dei gas. Equazione generale dei gas ideali. Cenni sulla teoria cinetica dei gas: distribuzione delle velocità molecolari di Maxwell. Teorema dell’equipartizione dell’energia. Diffusione ed effusione dei gas. Gas reali. Equazione di Van der Waals. Temperatura critica. Liquefazione dei gas: diagramma di Andrews.

Stato liquido. Proprietà dei liquidi. Tensione superficiale. Evaporazione. Tensione di vapore. Ebollizione.

Stato solido. Proprietà dei solidi. Diffrazione dei raggi X da parte dei cristalli. Solidi ionici, covalenti, molecolari, metallici.

SOLUZIONI (1 CFU)

Passaggi di stato. Sistemi eterogenei ad un componente. Regola delle fasi. Diagramma di stato dell'acqua. Natura delle soluzioni. Solubilità dei gas nei liquidi: legge di Henry. Concentrazione delle soluzioni. Soluzioni ideali. Legge di Raoult. Soluzioni non ideali. Proprietà colligative. Soluzioni elettrolitiche. Conducibilità elettrolitica. Misura della conducibilità elettrolitica. Conducibilità equivalente. Conducibilità equivalente a diluzione infinita. Legge della migrazione indipendente degli ioni. Teoria degli elettroliti forti.

TERMODINAMICA (1CFU)

Terminologia termodinamica. Calore. Lavoro. Primo principio della termodinamica. Energia interna. Entalpia. Processi esotermici ed endotermici. Calori molari dei gas ideali. Termochimica. Legge di Hess. Termodinamica del legame ionico: ciclo di Born–Haber. Secondo principio della termodinamica. Entropia. Entropia come funzione di probabilità. Terzo principio della termodinamica. Energia libera. Spontaneità delle reazioni chimiche. Energia libera e lavoro utile. Applicazione dell’energia libera ad un sistema bifasico in equilibrio: equazione di Clausius-Clapeyron. Considerazioni sulla stabilità dei composti chimici.

EQUILIBRIO CHIMICO (2 CFU)

Equilibri omogenei. Natura dinamica dello stato di equilibrio. Legge dell'equilibrio chimico. Derivazione della legge dell’equilibrio chimico da considerazioni termodinamiche. Grado di dissociazione e sua determinazione. Condizioni di reazione e stato di equilibrio: principio di Le Châtelier. Dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura: equazione di Van't Hoff. Equilibri eterogenei.

Equilibri in soluzione. Acidi e basi. Definizioni di Arrhenius e di Brønsted-Lowry. Acidi e basi secondo Lewis. Forza degli acidi e delle basi. Prodotto ionico dell'acqua. pH. Determinazione del pH. Soluzioni tampone. Indicatori. Idrolisi. Titolazioni acido-base. Equilibri di composti ionici poco solubili. Prodotto di solubilità. L’effetto dello ione a comune sulla solubilità.

ELETTROCHIMICA (1 CFU)

Celle galvaniche. Studio termodinamico della cella galvanica. Equazione di Nernst. Potenziali di elettrodo standard. Forza elettromotrice di una cella galvanica. Misura della f.e.m.. Elettrodi di riferimento. Elettrodo standard a idrogeno. Elettrodo a calomelano. Celle a concentrazione. Elettrolisi. Potenziale di decomposizione. Sovratensione. Leggi di Faraday. Elettrolisi di sali fusi. Elettrolisi dell’acqua. Esempi di batterie secondarie: accumulatore al piombo. Corrosione del ferro e protezione contro la corrosione.

STRUTTURA E PROPRIETA’ DEI COMPOSTI ORGANICI (1 CFU)

Idrocarburi. Nomenclatura degli idrocarburi. Alcani. Proprietà degli alcani. Isomeria di struttura. Alcheni. Metodi di preparazione degli alcheni. Isomeria etilenica o geometrica. Reazioni di addizione al doppio legame. Regola di Markovnikov. Polimerizzazione. Dieni. Alchini. Alcoli. Proprietà degli alcoli. Alogenuri alchilici. Aldeidi e chetoni. Metodi di preparazione delle aldeidi e dei chetoni. Reazioni dei composti carbonilici. Eteri. Acidi carbossilici. Cloruri degli acidi ed anidridi. Isomeria ottica. Esteri. Grassi e saponi. Ammine. Ammidi. Amminoacidi. Idrocarburi aromatici: reazioni di sostituzione elettrofila. Composti eterociclici.

ESERCITAZIONI

Durante le esercitazioni non vengono spiegati nuovi argomenti ma sono trattati gli aspetti numerici di alcuni di essi, in particolare:

' Nomenclatura di composti inorganici e organici

' Mole, massa molecolare

' Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche

' Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento

' Leggi dei gas ideali.

' Proprietà colligative delle soluzioni

' Termochimica (Legge di Hess)

' Equilibri chimici omogenei ed eterogenei

' pH ed equilibri in soluzione acquosa

' Equazione di Nernst relativa ad un elettrodo o ad una cella

' Leggi di Faraday

Ultimo aggiornamento: 25-11-2023

Il materiale didattico (slides, problemi proposti durante le esercitazioni, testi di esami scritti precedenti) sarà messo a disposizione degli studenti durante le lezioni e in formato elettronico tramite piattaforma virtuale.

Per lo studio della disciplina si consigliano i seguenti testi:

A.M. Manotti Lanfredi, A. Tripicchio

FONDAMENTI DI CHIMICA

Casa Editrice Ambrosiana

Franco Nobile, Pietro Mastrorilli

LA CHIMICA DI BASE CON ESERCIZI - Terza Edizione

Casa Editrice Ambrosiana

Jill K. Robinson - John McMurry - Robert C. Fay - Pierangelo Metrangolo

CHIMICA GENERALE 8/Ed. • con MyLab

Pearson

A. Clerici, S: Morocchi

ESERCITAZIONI DI CHIMICA

Edizioni Spiegel

Ultimo aggiornamento: 26-11-2023

Il corso mira a fornire allo studente conoscenze sui processi chimico- fisici, sulla struttura e le trasformazioni della materia, sugli aspetti energetici delle trasformazioni chimiche. Ulteriore obiettivo formativo è far comprendere agli studenti come i principi fondamentali della chimica possono essere applicati sia dal punto di vista numerico che sperimentale. Inoltre l’obiettivo principale che si cercherà di raggiungere, e' quello di dare agli studenti la consapevolezza del ruolo essenziale che la disciplina ha nella produzione di tutte le tipologie di materiali usati nel campo dell’ingegneria. Lo studente, attraverso lo studio della chimica prenderà consapevolezza non soltanto del ruolo fondamentale espletato da questa disciplina in diversi ambiti scientifico-tecnologici, ma anche acquisirà dimestichezza con i principi fondamentali alla base del metodo scientifico.

Al termine del corso lo studente avrà acquisito le seguenti conoscenze e abilità:

a) comprendere nel dettaglio i principi fondamentali che regolano le trasformazioni chimico–fisiche connesse alle modifiche strutturali della materia, conoscere gli aspetti termodinamici delle reazioni chimiche, applicare le conoscenze acquisite alla comprensione di processi chimici osservabili nella quotidianità, spiegare dal punto di vista chimico il funzionamento di alcuni comuni dispositivi (es. batterie e celle elettrolitiche) o lo svolgimento di determinati fenomeni (es. corrosione e passivazione), conoscere composti organici che oggi costituiscono una parte molto importante da cui ottenere i nuovi materiali ad alto contenuto tecnologico, impiegati per la realizzazione dei diversi dispositivi (Conoscenza e capacità di comprensione);

b) essere in grado, attraverso l’applicazione dei concetti teorici del corso e lo studio di esempi pratici, di risolvere semplici problemi stechiometrici concernenti i rapporti ponderali nelle reazioni chimiche, i gas ideali, la concentrazioni delle soluzioni, le proprietà colligative delle soluzioni, la termochimica (legge di Hess), gli equilibri chimici omogenei ed eterogenei, il calcolo del pH e gli equilibri ionici, l’elettrochimica (Conoscenze e capacità di comprensione applicate);

c) essere in grado di di esaminare criticamente i risultati ottenuti nella risoluzione dei problemi stechiometrici, di riconoscere situazioni in cui applicare le competenze acquisite, di identificare la tipologia di problema e di valutare autonomamente possibili alternative per la sua risoluzione (Autonomia di giudizio);

d) essere in grado di comunicare le nozioni acquisite in modo chiaro e con rigore di argomentazioni, attraverso un linguaggio tecnico-scientifico adeguato comprensibile anche da parte di interlocutori non specialisti (Abilità comunicative);

e) conoscere i principi fondamentali della struttura della materia e degli aspetti termodinamici delle reazioni chimiche, conoscere la differenza tra un approccio fenomenologico e un approccio microscopico/ modellistico allo studio delle proprietà della materia, delle sue trasformazioni chimiche e delle connesse variazioni di energia. Queste conoscenze contribuiranno alla formazione del suo bagaglio di conoscenze scientifiche di base e di metodologie di analisi di problemi scientifici che gli consentiranno di proseguire gli studi ingegneristici con maggiore autonomia e discernimento (Capacità di apprendimento).

Ultimo aggiornamento: 26-11-2023

Per una comprensione completa dei contenuti dell'insegnamento, gli studenti devono possedere nozioni di base di matematica (calcolo di percentuali, potenze, radici, esponenziali, logaritmi, risoluzione di equazioni algebriche di primo e secondo grado) e di fisica (principali grandezze fisiche, lavoro, energia e forza, e relazioni che le legano e principali unità di misura). Tali nozioni si considerano già acquisite dalle scuole superiori.

Ultimo aggiornamento: 02-12-2023

Il corso viene svolto tramite lezioni frontali ed esercitazioni in aula nella modalità tradizionale (alla lavagna) e mediante l'uso di supporti informatici per l'esposizione di testi ed immagini (videoproiezione). Durante le lezioni si trattano tutti gli argomenti riportati nel programma del corso, considerando anche gli obiettivi formativi, e si ha un confronto con gli studenti mediante proposizione di quesiti su diversi aspetti degli argomenti trattati. Le esercitazioni, svolte per approfondire e consolidare gli argomenti trattati, comprendono la soluzione guidata di esercizi numerici mediante l’ausilio della lavagna.

Ultimo aggiornamento: 02-12-2023

A fine lezione il docente è disponibile a dare ulteriori spiegazioni su eventuali dubbi emersi durante la lezione stessa. Per qualsiasi chiarimento e/o informazione sul corso il docente può essere contattato via e-mail all'indirizzo istituzionale.

Ultimo aggiornamento: 02-12-2023

La verifica dell’apprendimento viene effettuata tramite una prova finale complessiva suddivisa in una parte scritta e una orale. La prova scritta ha lo scopo di accertare sia la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite durante il corso alla risoluzione di semplici problemi stechiometrici sia il rigore metodologico nell’impostazione e formulazione dei problemi. Tale prova consiste nella risoluzione numerica di cinque problemi stechiometrici così suddivisi:

Problema 1. Bilanciamento reazione redox con determinazione delle formule chimiche delle specie coinvolte e rapporti ponderali nella reazione con particolare riferimento al reagente limitante.

Problema 2. Legge dei gas ideali e analisi dei gas oppure le concentrazioni delle soluzioni e le proprietà colligative oppure la legge di Hess.

Problema 3. Equilibrio chimico omogeneo o eterogeneo.

Problema 4. Calcolo del pH (acidi/basi forti, deboli e in miscela e/o idrolisi salina e/o soluzioni tampone) oppure equilibri di solubilità.

Problema 5. Elettrolisi e leggi di Faraday.

La prova scritta ha una durata massima di due ore e lo studente può fare uso della tavola periodica, della calcolatrice e di formulari. Il livello di soglia per il superamento della verifica scritta consiste nello svolgimento di 3 problemi su 5. Vengono presi in considerazione per la valutazione di tale prova la logica seguita dallo studente nella risoluzione del problema, la correttezza della procedura individuata per la soluzione del problema, l’esattezza del risultato finale, l'adeguatezza del risultato numerico trovato, la capacità di comprensione critica dei risultati ottenuti. 

Il superamento di eventuali prove scritte in itinere esonera lo studente dalla verifica scritta finale.

La prova orale, alla quale si accede solo in caso di superamento della verifica scritta, consiste in un colloquio sugli argomenti trattati durante il corso, volto ad accertare il possesso delle competenze e delle conoscenze disciplinari previste. In essa si valuta la capacità dello studente di elaborare ed esporre i contenuti teorici della disciplina attraverso l’uso di un linguaggio tecnico-scientifico appropriato.

Il voto finale, tenuto conto della verifica scritta e della prova orale, sarà attribuito secondo il seguente criterio di valutazione:

30 e lode: conoscenza completa, approfondita e critica degli argomenti, eccellente proprietà di linguaggio tecnico-scientifico, completa ed originale capacità interpretativa, piena capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite per risolvere i problemi proposti;

30 - 28: conoscenza completa e approfondita degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio tecnico-scientifico, completa ed efficace capacità interpretativa, in grado di applicare autonomamente le conoscenze acquisite per risolvere i problemi proposti;

27 - 24: conoscenza degli argomenti con un buon grado di padronanza, buona proprietà di linguaggio tecnico-scientifico, corretta e sicura capacità interpretativa, buona capacità di applicare in modo corretto la maggior parte delle conoscenze acquisite per risolvere i problemi proposti;

23 - 21: conoscenza adeguata degli argomenti ma limitata padronanza degli stessi, soddisfacente proprietà di linguaggio tecnico-scientifico, corretta capacità interpretativa, più che sufficiente capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite per risolvere i problemi proposti;

20 - 18: conoscenza di base degli argomenti principali, conoscenza di base del linguaggio tecnico-scientifico, sufficiente capacità interpretativa, sufficiente capacità di applicare le conoscenze basilari acquisite per la risoluzione dei problemi proposti;

Insufficiente: non possiede una conoscenza accettabile degli argomenti trattati durante il corso.

Ultimo aggiornamento: 06-12-2023

Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi dell'Agenda 2030 dell'ONU per lo Sviluppo Sostenibile e in particolare:

Obiettivo 4: Istruzione di qualità

Obiettivo 5: Parità di genere

Obiettivo 7: Energia pulita e accessibile

Obiettivo 12: Consumo e produzione responsabili

Obiettivo 13: Lotta contro il cambiamento climatico

Ultimo aggiornamento: 06-12-2023