Course Syllabus
Obiettivi
Obiettivi generali
Il corso di Chimica Generale e Inorganica (6 CFU) è rivolto agli studenti del Corso di Laurea in Scienza dei Materiali. Ha lo scopo di fornire i concetti basilari della chimica al fine di poter comprendere poi le proprietà macroscopiche delle sostanze pure e della materia.
Conoscenze e capacità di comprensione
Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere i principi base della chimica generale e della chimica dei composti inorganici.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente è in grado di:
· risolvere in modo adeguato semplici problemi di stechiometria
· valutare la stabilità/reattività di semplici composti inorganici
Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà essere in grado di:
· scegliere la metodologia di calcolo più adeguato per lo studio del sistema di interesse
· individuare i composti più appropriati per un dato problema/reazione da affrontare.
Abilità comunicative
Lo studente alla fine del corso dovrà essere in grado di descrivere gli argomenti affrontati con proprietà di linguaggio
Capacità di apprendere
Lo studente dovrà essere in grado di affrontare i problemi e argomenti più complessi che verranno presentati nei successivi insegnamenti.
Contenuti sintetici
Il corso si propone di fornire conoscenze approfondite sulla chimica generale, necessarie per la comprensione della struttura e delle proprietà dei composti chimici di maggior interesse, nonché dei fenomeni chimici (reazioni chimiche, equilibri chimici, pH, proprietà colligative). Nel corso sono incluse esercitazioni di stechiometria a completamento e integrazione dei concetti appresi dallo studente nella parte teorica del corso.
Programma esteso
Atomi, configurazione elettronica degli elementi e proprietà periodiche. Struttura dell’atomo, particelle fondamentali, dimensioni. Elementi e loro isotopi. Concetto di mole e numero di Avogadro, masse atomiche. Isotopi stabili e non. Moto dell’elettrone, funzioni d’onda. Orbitali atomici, loro energie, forme e dimensioni per atomi idrogenoidi e plurielettronici. Configurazioni elettroniche degli elementi, loro caratteristiche e proprietà periodiche. Volumi e raggi atomici, potenziali di ionizzazione ed affinità elettroniche. Orbitali ibridi di tipo “sp” “sp2” e “sp3”.
Molecole, composti, nomenclatura, legami chimici e interazioni molecolari. Molecole e formule chimiche, pesi molecolari, numero di moli. Numeri di ossidazione. Nomenclatura dei composti chimici inorganici. Teoria del legame ionico, energia reticolare, strutture cristalline e raggi ionici. Teoria del legame di valenza, legame covalente, polarizzato, dativo. Legami multipli. Elettronegatività. Formule di struttura di molecole poliatomiche. Molecole biatomiche e orbitali molecolari. Interazioni intermolecolari, deboli, dipolo-dipolo.
Stati di aggregazione della materia, transizioni di fase. Sistemi, numero di fasi, di componenti e gradi di libertà. Fasi e loro transizioni. Modello di gas perfetto, vapore. Solidi. Sistemi amorfi e cristallini, strutture cristalline e celle elementari. Fase liquida. Equilibri di fase. Diagramma di stato dell’acqua. Miscele binarie. Metodi di misura della concentrazione.
Reazioni chimiche, termodinamica chimica, equilibrio chimico delle reazioni. Reazioni chimiche, loro bilanciamento e calcoli ponderali nelle trasformazioni di reagenti in prodotti. Breve richiamo sui risultati dello studio della termodinamica e cinetica chimica. Bilancio energetico e verso spontaneo nel decorso di una reazione chimica.
Condizione di equilibrio delle reazioni chimiche, costanti di equilibrio. Reazioni di dissoluzione di soluti solidi molecolari e ionici in solventi liquidi, definizione di solubilità e prodotto di solubilità di sali.
Reazioni di idrolisi. Acidi e basi. Reazioni con trasferimento di protoni. Forza degli acidi e delle basi e relative costanti di dissociazione. Reazione di autodissociazione dell’acqua. Definizione di pH e pOH e campi di validità nelle soluzioni acquose diluite. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi monoprotiche. Specie ossidate e ridotte. Reazioni con trasferimento di elettroni, semireazioni di ossidazione e riduzione. Differenza di potenziale elettrodico ed equazione di Nernst. Potenziali standard di riduzione. Tipologie di elettrodi chimici. Pile e loro forza-elettromotrice.
Prerequisiti
Sono richieste le conoscenze di base del calcolo numerico e algebrico, della geometria analitica, della fisica classica, come comunemente impartiti nelle scuole superiori.
Modalità didattica
Il corso è articolato in lezioni frontali in lingua italiana durante le quali il docente presenta alla lavagna o mediante slides power point i contenuti del programma. Le slides di tutte le lezioni saranno messe a disposizione degli studenti. Contestualmente agli argomenti teorici di volta in volta presentati, saranno di seguito proposti esercizi numerici esplicativi a titolo di esempio ed di esercitazione. Lo studente potrà verificare il suo livello di apprendimento attraverso una serie di quesiti, test ed esercizi, forniti in qualità di materiale didattico integrativo, durante il ciclo delle lezioni al termine di ogni capitolo. Sebbene non sia più obbligatoria, si consiglia agli studenti una regolare frequenza alle lezioni per un più facile apprendimento dei contenuti del corso.
Materiale didattico
Martin S. Silberberg, Chimica, la natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni, Mc Graw Hill
Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, Stechiometria per la chimica generale, Piccin
Slides delle lezioni nel website e-learningPeriodo di erogazione dell'insegnamento
primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Lo studente consegue i crediti formativi del corso attraverso: la frequenza al Laboratorio di Chimica Generale; il superamento della prova scritta relativa al corso di Laboratorio di Chimica Generale; il superamento di una prova orale. La prova orale consiste in alcune domande relative ai vari argomenti del programma. Per l’ammissione all’esame orale lo studente deve aver superato la prova scritta relativa al corso di Laboratorio di Chimica Generale con voto maggiore o uguale a 18/30.
Orario di ricevimento
Lunedì dalle 14 alle 15.30, o per appuntamento.
Aims
General Objectives
The course of General and Inorganic Chemistry (6 CFU) is devoted to the students enrolled to Materials Science university course. The aim of the course is to present the basic concepts of the chemistry in order to realize the macroscopic properties of the pure substances and of the matter.
Knowledge and understanding.
Students, by the end of the course, will learn the basic principles of stoichiometry and of the chemical reactions of inorganic compounds. Moreover, students will learn to know and exploit general chemistry lab equipment and glassware as well as the basic safety rules.
Applying knowledge and understanding.
By the end of the course, students will be able to solve simple problems of stoichiometry and to perform simple chemistry lab experiments.
Making judgments.
By the end of the course, students will become able to choose the methodology to study the chemistry of a selected system and to individuate proper compounds and techniques to carry out simple chemical reactions.
Communication skills.
By the end of the course, students will be able to describe the arguments of the course and to participate in stimulating discussions.
Learning skills.
By the end of the course, students will have developed the ability to solve and face with more complex exercises, arguments and experiments.
Contents
The course aims at providing an in depth knowledge about general chemistry principles, which represent the basis for the understanding of the properties of chemical compounds and of the chemical phenomena (e.g. reactions, equilibria, pH, colligative properties). The study of theoretical principles will always be accompanied by the application to exercises resolution so he or she will be able to learn better the theoretical concepts and to solve stoichiometry questions.
Detailed program
Atoms, electronic configurations and periodic properties of the elements. Atomic structure, fundamental particles, atomic dimensions. Elements and isotopes. The concept of mole and the Avogadro number, atomic weights. Electronic Configurations of Elements and Nomenclature. Quantization of the electron-nucleous system, wave functions. Atomic orbitals, relevant energy contents, geometry and electronic radial distributions for hydrogen-like and poly-electronic elements. Electronic configurations of elements and periodic properties: volume and atomic radius, ionization potentials and electronic affinity. Hybrid orbitals “sp” “sp2” e “sp3”.
Molecules, compounds, chemical bonds and molecular interactions. Molecules and molecular weights, molecules and chemical formula. Oxidation numbers. Nomenclature of inorganic compounds, general properties and chemical reactivity. Ionic solids and theory of the ionic bond. Valence bond theory, covalent bonds and dative bonds. Multiple bonds. Electronegativity. Structure of polyatomic molecules. Biatomic molecules and molecular orbitals. Intermolecular interactions, weak intermolecular forces, dipole-dipole interactions.
Physical States of Matter (laws and properties). Systems, phases, components, degree of freedom. Gas state, the perfect gas model, vapours. Solids and liquids, phase and equilibrium. Measurements of solution concentration.
Chemical Reactions, thermodynamics, chemical equilibrium. Chemical reactions and reaction balance, weight calculations and stoichiometry. Brief recall of thermodynamics and kinetic results in the study of energy balance and of spontaneous course of a chemical reaction; equilibrium constants.
Chemical equilibrium in solution. Dissolution of molecular and ionic solids in liquid solvent. Acids and bases. Proton transfer reactions. Acid and base strengths and dissociation constants. Self dissociation of water. Definitions of pH and pOH and relevant intervals. Calculation of pH in acid and basic solutions. Redox Reactions, Electrodes, Chemical Cells. Redox couples, reaction with electron transfer, oxidation and reduction half-reactions. Electrodic potential, standard reduction potentials, Nernst’s equation. Chemical electrodes. Cells and their electromotive force.
Prerequisites
The basic knowledge concerning the numerical, algebra and analytical geometry calculations are required, such as typically given in the high school.
Teaching form
The course is organized in frontal lessons in Italian language in which syllabus arguments are presented on the blackboard or by slides. The slides of the lessons will be supplied to the students on the e-learning platform. Besides the theoretical aspects, step by step, representative examples and exercises will be shown in order to practice. The student can verify its learning through other exercise texts and written questions, which will be proposed as didactical material at the end of each paragraph. The regular attendance of the lessons is recommended for an easier learning, although it is not more compulsory.
Textbook and teaching resource
Martin S. Silberberg, Chimica, la natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni, Mc Graw Hill
Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, Stechiometria per la chimica generale, Piccin
Slides in the e-learning website
Semester
first
Assessment method
The student acquires the CFU of the course passing a final written and oral examination. The written exam is constituted of numerical exercises, of the same type and difficulty of those shown during the lectures; the oral part consists in some questions on the main topics of the course. The admission to the oral exams requires the positive pass of the written part (mark equal or higher than 18/30).
Office hours
Monday from 2 to 3.30 p.m., or by appointment.