Course Syllabus
Obiettivi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti:
• una introduzione al linguaggio e alla metodologia scientifica con particolare riguardo ai fenomeni chimici
• una conoscenza approfondita del comportamento delle soluzioni acquose e degli equilibri chimici in soluzione, allo scopo di acquisire le basi necessarie per affrontare lo studio dei sistemi biologici.
Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente conoscerà le proprietà chimiche fondamentali della materia (composti e molecole, siano essi puri, che combinati -soprattutto in soluzione, data la rilevanza che tale stato riveste a livello biologico), soprattutto essendo in grado di derivare l'origine della reattività delle sostanze dal tipo di atomi (con le loro specifiche caratteristiche chimico-fisiche) che costituiscono le sostanze stesse.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite a problemi di interesse pratico, spesso riconducibili sia alla ricerca di base, sia a processi di interesse industriale.
Autonomia di giudizio. Lo studente sarà in grado di elaborare quanto appreso e saprà riconoscere le casistiche "reali" e i problemi specifici in cui i principi chimici appresi possano essere impiegati.
Abilità comunicative. Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà descrivere le tematiche della chimica generale ed inorganica con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione.
Capacità di apprendimento. Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di analizzare, applicare e integrare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti successivi, con particolare riferimento a discipline scientifiche basate su aspetti e processi governati da fenomeni chimico-molecolari (quali, ad esempio: chimica organica, biochimica, biologia molecolare...)
Contenuti sintetici
L'insegnamento si propone di approfondire alcuni aspetti qualitativi e quantitativi della chimica:
- Struttura della materia (atomi, molecole, composti...)
- Stechiometria e regole di bilanciamento delle reazioni
- Stati di aggregazione della materia (con particolare attenzione allo stato di soluzione)
- Controllo delle reazioni chimiche (Cinetica e Termodinamica chimica)
- Chimica delle soluzioni acquose (Acidi e basi)
- Elettrochimica (cenni)
- Chimica inorganica (cenni)
Programma esteso
L'insegnamento si propone di approfondire alcuni aspetti qualitativi e quantitativi della chimica.
Struttura della materia.
Struttura dell'atomo. Le particelle subatomiche. La radiazione elettromagnetica e lo spettro atomico. Atomo di Bohr. Descrizione quantomeccanica dell'atomo e funzioni d'onda.
Configurazione elettronica dell'atomo. Numeri quantici e orbitali. Principio di Pauli e regola di Hund. Configurazione elettronica degli elementi e tavola periodica. Proprieta' periodiche: grandezza degli atomi e degli ioni, energia di ionizzazione e affinità elettronica. Legame chimico e struttura molecolare. Distribuzione degli elettroni. Legame ionico e covalente. Simboli e struttura di Lewis. Regola dell'ottetto. Risonanza. Elettronegatività. Momento dipolare e polarità delle molecole. Forma delle molecole (teoria VSEPR). Teoria del legame di valenza. Orbitali ibridi. Legami e forza di legame. Legami multipli. Alcune strutture di molecole inorganiche e organiche. Teoria degli orbitali molecolari. Forze intermolecolari deboli. Legame idrogeno.
Stechiometria
Stechiometria delle reazioni chimiche. Le reazioni chimiche. Equazioni chimiche e loro bilanciamento. Calcoli stechiometrici. Composizione percentuale e analisi elementare. Resa delle reazioni e agente limitante. Reazioni in soluzione acquosa. Equazioni ioniche nette. Espressioni di concentrazione. Diluizione. Ossidoriduzioni e loro bilanciamento.
Stati di aggregazione della materia
Gas: cenni alla Teoria cinetica dei gas.
Liquidi. Transizione di stato ed equilibri di fase. Tensione di vapore. Tensione superficiale. Viscosità. Diagrammi di stato dell'acqua e dell'anidride carbonica. Proprietà dell'acqua.
Solidi. Solidi ionici, covalenti, molecolari e metallici. Reticoli cristallini.
Soluzioni. Tipi di soluzioni. Processo di dissoluzione. Unità di concentrazione. Legge di Raoult. Proprietà colligative. Osmosi. Solubilità. Colloidi e dispersioni colloidali.
Controllo delle reazioni chimiche
Cinetica chimica. Velocità di una reazione chimica. Meccanismo di reazione. Energia di attivazione. Catalisi.
Termodinamica chimica. Concetti generali. Prima legge della termodinamica. Seconda legge della termodinamica. Entropia. Energia libera di Gibbs e criteri di spontaneità.
Equilibrio chimico. Legge d'azione di massa. Costante di equilibrio. Quoziente di reazione. Principio di Le Chatelier.
Chimica delle soluzioni acquose
Chimica degli acidi e delle basi
Prodotto ionico dell'acqua, pH, pOH e pKw. Elettroliti forti e deboli. Acidi e basi secondo Arrhenius e Brönsted-Lowry. Coppie coniugate di acido-base. Forza degli acidi e basi. Soluzioni acquose di acidi e basi forti e deboli. Grado di ionizzazione. Acidi poliprotici. Effetto ione a comune. Acidi e basi secondo Lewis. Legami covalenti dativi e ioni complessi. Reazioni tra acidi e basi. Idrolisi di sali. Soluzioni tampone.
Cenni di chimica di coordinazione
Elettrochimica
Celle elettrochimiche e celle elettrolitiche. Potenziali standard di riduzione. Forza elettromotrice di una pila. Energia libera e f.e.m. Celle voltaiche in condizione non standard: equazione di Nernst. F.e.m. e costante di equilibrio.
Chimica inorganica
Cenni alla chimica inorganica degli elementi di rilevanza biologica.
Prerequisiti
Prerequisiti: nessuno
Propedeuticità: nessuna
Modalità didattica
Lezioni frontali in aula, supportate da slides, in cui verranno svolti esercizi volti a consolidare gli aspetti quantitativi della chimica generale.
L'insegnamento è tenuto in lingua italiana.
Materiale didattico
Il materiale mostrato a lezione (diapositive) è disponibile sulla piattaforma e-learning all'insegnamento.
Libro di testo suggerito:
- Chimica. Kotz, Treichel,Townsend. Ed. EdiSES
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale, con svolgimento di brevi esercizi/problemi.
Saranno valutate la comprensione di concetti teorici e di modelli chimici, e delle loro applicazioni pratiche, attraverso lo svolgimento di esercizi (es: bilanciamenti stechiometrici, strutture di Lewis dei composti, problemi sulla concentrazioni di specie ioniche in soluzione, problemi sull'equilibrio chimico, problemi sul pH etc).
Orario di ricevimento
Ricevimento: su appuntamento, previa richiesta per mail al docente.
Aims
The course aims to provide students with:
• an introduction to language and scientific methodology with particular regard to chemical phenomena
• an in-depth knowledge of the behavior of aqueous solutions and chemical equilibria in solution with the aim of acquiring the necessary bases to face the study of biological systems.
Knowledge and understanding. At the end of the course, students will learn the fundamental chemical properties of matter (compounds and molecules, be they pure, or combined - especially in solution, given the importance that this state has on a biological level), above all being able to derive the 'origin of the reactivity of substances by the type of atoms (with their specific chemical-physical characteristics) which constitute the substances themselves.
Ability to apply knowledge and understanding. At the end of the course, students will be able to apply the acquired knowledge to problems of practical interest, often attributable both to basic research and to processes of industrial interest.
Autonomy of judgment. Students will be able to work out what they have learned and to recognize "real" case studies and specific problems.
Communication skills. At the end of the course students will be able to appropriately communicate general chemistry issues with the proper vocabulary.
Learning skills. At the end of the course, students will be able to analyze and apply their knowledge in the field of general chemistry and will integrate it with the issues of other scientific disciplines, such as organic chemistry, biochemistry, molecular biology ...
Contents
The course is focussed on qualitative and quantitative aspects of chemistry:
- Structure of matter (atoms, molecules, compounds ...)
- Stoichiometry and rules for balancing reactions
- States of matter (with particular reference to solution)
- Control of chemical reactions (kinetics and chemical thermodynamics)
- Chemistry of aqueous solutions (acids and bases)
- Electrochemistry (outline)
- Inorganic chemistry (outline)
Detailed program
The course is focussed on qualitative and quantitative aspects of chemistry.
Structure of matter
Atomic Structure. Subatomic particles. Electromagnetic radiation and the atomic spectrum. Bohr atom. Quantum mechanical description of the atom and wave functions.
Electronic Configuration of atoms. Quantum numbers and orbitals. Pauli's principle and Hund's rule. Electronic configuration of the elements and periodic table. Periodic properties: size of atoms and ions, ionization energy and electron affinity.
Chemical bond and molecular structure. Electron distribution. Ionic and covalent bond. Symbols and structure by Lewis. Octet Rule. Resonance. Electronegativity. Dipolar moment and polarity of molecules. Form of molecules (VSEPR theory). Valence bond theory. Hybrid orbitals. Bonds and bond strength. Multiple bonds. Some structures of inorganic and organic molecules. Molecular orbitals theory. Weak intermolecular forces. Hydrogen bond.
Stoichiometry
Stoichiometry of chemical reactions. Chemical reactions. Chemical equations and their balance. Stoichiometric calculations. Percentage composition and elementary analysis. Yield of reactions and limiting agent. Reactions in aqueous solution. Net ionic equations. Expressions of concentration. Dilution. Oxidation reductions and their balancing.
States of aggregation of the matter
Gas: outline of the kinetic theory of gases.
Liquids. State transition and phase equilibria. Vapor pressure. Surface tension. Viscosity. State diagrams of water and carbon dioxide. Water properties.
Solids. Ionic, covalent, molecular and metallic solids. Crystal lattices.
Solutions. Types of solutions. Dissolution process. Concentration unit. Raoult's law. Colligative properties. Osmosis. Solubility. Colloids and colloidal dispersions.
Control of chemical reactions
Chemical kinetics. Chemical reaction rate. Reaction mechanism. Activation energy. Catalysis.
Chemical thermodynamics. General concepts. First law of thermodynamics. Second law of thermodynamics. Entropy. Gibbs free energy and spontaneity criteria.
Chemical equilibrium. Mass action law. Balance constant. Reaction quotient. Principle of Le Chatelier.
Chemistry of aqueous solutions
Chemistry of acids and bases
Ionic product of water, pH, pOH and pKw. Strong and weak electrolytes. Acids and bases according to Arrhenius and Brönsted-Lowry. Conjugated pairs of acid-base. Strength of acids and bases. Aqueous solutions of strong and weak acids and bases. Degree of ionization. Polyprotic acids. Common ion effect. Acids and bases according to Lewis. Dative covalent bonds and complex ions. Reactions between acids and bases. Hydrolysis of salts. Buffer solutions.
Outline of coordination chemistry
Electrochemistry
Electrochemical cells and electrolytic cells. Standard reduction potentials. Electromotive force of a battery. Free energy and f.e.m. Voltaic cells in non-standard condition: Nernst equation. EMF and equilibrium constant.
Inorganic chemistry
Outline of the inorganic chemistry of elements of biological relevance.
Prerequisites
Background: none
Prerequisites: none
Teaching form
Classroom lectures supported by slides, exercises to consolidate the quantitative and numerical aspects of chemistry.
Teaching is in Italian
Textbook and teaching resource
Learning material (slides) is available at the e-learning platform of the course.
Recommended textbook:
- Chemistry. Kotz, Treichel, Townsend. Ed. EdiSES
Semester
First semester
Assessment method
Oral examination, with short exercises/problems.
Students are asked to describe theory, chemical models and, above all, their practical applications, which are relevant course issues. This kind of knowledge will be assessed through various typologies of exercises (eg: stoichiometric balances, Lewis structures of compounds, problems on concentrations of ionic species in solution, problems on chemical balance, problems on pH etc).
Office hours
Contact: on demand, upon request by mail to lecturer
Key information
Staff
-
Giuseppe Zampella