Riassunto di Chimica Inorganica I e Laboratorio

Syllabus del corso

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Obiettivi

Obiettivo del corso è fornire un'adeguata conoscenza della chimica degli elementi e dei composti inorganici, con particolare attenzione alle relazioni tra struttura, proprietà e reattività. Al termine del corso, studentesse e studenti avranno acquisito le conoscenze base della chimica inorganica e appreso un certo numero di metodologie sperimentali per la sintesi di composti inorganici.

Conoscenza e capacità di comprensione
Studentesse e studenti completeranno e approfondiranno la conoscenza degli argomenti generali della chimica inorganica quali la teoria atomica e la periodicità degli elementi; i modelli di legame chimico; la simmetria molecolare; i solidi ionici e metallici; acidità-basicità e donatore-accettore; ossidazione e riduzione nonché la conoscenza delle proprietà degli elementi dei gruppi principali e dei metalli di transizione e dei loro composti. Nelle esperienze di laboratorio saranno apprese metodologie sperimentali per la sintesi e caratterizzazione di composti inorganici

Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Studentesse e studenti saranno in grado di utilizzare la nomenclatura IUPAC per individuare i composti inorganici; di descrivere il comportamento chimico dei gruppi di elementi della tavola periodica; di utilizzare la conoscenza delle proprietà di base e periodiche degli elementi e dei loro composti per una corretta interpretazione delle relazioni tra struttura, proprietà e reattività dei composti inorganici. Avranno acquisito, inoltre, competenze per sintetizzarere composti inorganici e maneggiare in sicurezza i reagenti chimici, incluso il loro corretto smaltimento per prevenire rischi nei laboratori.

Autonomia di giudizio.
Studentesse e studenti sapranno individuare le proprietà di base e periodiche della chimica inorganica in grado di spiegare e prevedere la reattività degli elementi e dei loro composti; redigere una relazione su attività sperimentali di laboratorio, descrivendo in sintesi l’esperienza; riportando informazioni ottenute dall’acquisizione e elaborazione di dati sperimentali; valutando criticamente i risultati ottenuti.

Capacità di apprendimento.
Studentesse e studenti saranno in grado comprendere i principi base della chimica inorganica e delle proprietà periodiche degli elementi, applicandoli correttamente al problema da risolvere anche in contesti differenti rispetto a quelli presentati nel corso, approfondendo gli argomenti trattati con strumenti diversi da quelli forniti e prevedendo quali informazioni è possibile ricavare da osservazioni o dati in esame.

Abilità comunicative.
Studentesse e studenti sapranno descrivere in forma orale in modo chiaro e sintetico e con proprietà di linguaggio le proprietà di base della chimica inorganica; le proprietà, struttura e reattività dei composti inorganici; nonché gli obiettivi e i procedimenti delle esperienze di laboratorio.
Sapranno svolgere il lavoro sperimentale di laboratorio in gruppi ristretti condividendo l’organizzazione del lavoro e la comunicazione di informazione e risultati e spranno comunicare risultati scientifici in report scritti di laboratorio

Contenuti sintetici

Il corso di Chimica Inorganica è articolato in due parti: a) gli argomenti fondamentali della chimica inorganica (struttura atomica, struttura molecolare e legame covalente, struttura dei solidi, acidità e basicità, ossidazione e riduzione, composti di coordinazione, proprietà periodiche degli elementi); b) la chimica degli elementi dei gruppi principali e dei metalli di transizione

Il Laboratorio di Chimica Inorganica comprende una parte teorica di richiamo e approfondimento delle conoscenze di chimica inorganica alla base delle esperienze condotte in laboratorio ed una parte pratica di esperienze di sintesi e reattività di composti inorganici , svolte individualmente o a coppie, dedicate anche all'apprendimento delle principali tecniche del laboratorio sperimentale.

Programma esteso

Chimica Inorganica
Richiami di struttura atomica e periodicità degli elementi. – Introduzione al legame chimico. Il legame e le proprietà dei composti covalenti e ionici - La struttura dei solidi - Chimica acido-base e accettore-donatore – Reazioni di ossidazione e riduzione - Caratteristiche generali e periodicità degli elementi s e p e dei metalli di transizione – L’idrogeno – I gruppi 1 e 2 – Il gruppo del boro – Il gruppo del carbonio - Il gruppo dell’azoto – Il gruppo dell’ossigeno – Gli alogeni- La chimica dei metalli di transizione. Composti di coordinazione. Numero e simmetria di coordinazione. Classificazione dei leganti. Le costanti di stabilità. Il legame chimico nei composti di coordinazione. Reazioni dei complessi: sostituzione, redox, isomerizzazione. Composti metallorganici.

Laboratorio di Chimica Inorganica
Esperienze di sintesi e reattività di composti dei gruppi principali e dei metalli di transizione: Sintesi ed analisi termica degli ossalati idrati del gruppo II; Sintesi di polisilossani; Le proprietà acide del boro: sintesi e reattività dell'anione tetrafluoroborato; Gli stati di ossidazione dello stagno: sintesi degli ioduri di Sn(II) e Sn(IV); Sintesi di acetilacetonati dei metalli di transizione; Sintesi e proprietà di ZnO.

Prerequisiti

Conoscenze di base riguardanti la Chimica Generale e il Laboratorio di Chimica Generale.

Superamento dell’esame di Chimica Generale e Inorganica e Laboratorio del primo anno del corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Chimiche

Modalità didattica

L'insegnamento di Chimica Inorganica 1 e Laboratorio da 10 CFU comprende 8 CFU di lezioni frontali corrispondenti a 64 ore e 2 CFU di attività di laboratorio corrispondenti a 24 ore:

32 lezioni da due ore svolte in modalità erogativa in presenza;
6 attività di laboratorio da 4 ore in modalità interattiva in presenza.

Le lezioni frontali sono registrate e messe a disposizione degli studenti sulla pagina e-learning del corso.
Lezioni introduttive alle attività di laboratorio, precedentemente registrate e integrate con video esplicativi delle operazioni sperimentali svolte nelle singole esperienze, sono messe a disposizione degli studenti sulla pagina e-learning del corso prima dello svolgimento dell'esperienza

Le lezioni frontali sono tenute in lingua italiana dal docente che presenta mediante presentazioni con slide o alla lavagna i contenuti del programma. Le slide di tutte le lezioni sono messe a disposizione degli studenti. Sebbene non sia più obbligatoria, si consiglia agli studenti una regolare frequenza alle lezioni per un più facile apprendimento dei contenuti del corso.
Le attività di laboratorio prevedono esperienze di laboratorio individuali o a coppie precedute da lezioni introduttive registrate a disposizione degli studenti sulla piattaforma e-learning, e da brevi lezioni frontali in presenza, anche con l'ausilio di slide prima dell'inizio di ogni esperienza. La frequenza del Laboratorio è obbligatoria.

Materiale didattico

Slide delle lezioni frontali di Chimica Inorganica (e-learning)
Esercizi di apprendimento degli argomenti principali di chimica inorganica (e-learning)

Dispense delle Esperienze di Laboratorio (e-learning)
Registrazioni delle lezioni introduttive alle attività di laboratorio (e-learning)
Slide delle delle lezioni introduttive alle attività di laboratorio (e-learning)

Testo di Chimica Inorganica indicato dal Docente: M.Weller, T.Overton, J.Rourke, F.Armstrong, La Chimica Inorganica di Atkins, Zanichelli

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Secondo semestre del secondo anno del Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Chimiche

Modalità di verifica del profitto e valutazione

Lo studente consegue i CFU del corso attraverso il superamento di una prova scritta e di una prova orale. Non
sono previste prove in-itinere.
La prova scritta consiste in sei relazioni di laboratorio, elaborati che riportano per ogni esperienza una breve descrizione delle modalità di svolgimento delle prove sperimentali, i risultati ottenuti e osservazioni riguardanti l'attività sperimentale svolta. La valutazione delle relazioni di laboratorio riguarda le conoscenze di chimica inorganica alla base delle esperienze, e la precisione e la correttezza nel riportare i risultati numerici, i grafici e le osservazioni sperimentali. La votazione varia da 0 a 5 per ogni esperienza per un totale di 30/30 del modulo di laboratorio. La valutazione positiva delle relazioni di laboratorio (minimo 18/30 corrispondente ad un punteggio medio di 3 per esperienza) e la frequenza del laboratorio (almeno 5 presenze su 6) consentono l'accesso alla prova orale.
La prova orale con votazione in trentesimi consiste in un colloquio in cui lo studente dovrà rispondere in modo chiaro e con proprietà di linguaggio a domande aperte sugli aspetti generali della chimica inorganica, la conoscenza delle proprietà degli elementi dei gruppi principali e dei metalli di transizione e dei loro composti, nonché sulle esperienze svolte in laboratorio. Il voto finale corrisponde ad una somma ponderata della valutazione delle due parti con la seguente graduazione:
18-21: preparazione su una parte limitata degli argomenti del programma del corso, con scarsa capacità di trattazione e analisi autonoma che, nella prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; capacità espositiva a tratti incerta, lessico non sempre chiaro e accurato, talvolta non corretto, con una capacità di elaborazione critica molto limitata;
22-24 preparazione su un buon numero degli argomenti del programma del corso anche se non omogenea, con una sufficiente capacità di trattazione e analisi autonoma, talvolta sollecitate dalle domande del docente; capacità espositiva sufficientemente chiara, lessico generalmente corretto, anche se talvolta non accurato o chiaro, capacità di elaborazione critica limitata;
25-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere con buona autonomia l’argomentazione e l’analisi critica e capacità di applicazione delle conoscenze a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;
28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti del programma d’esame, capacità di trattazione autonoma e di analisi critica degli argomenti, capacità di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti e discipline, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare, capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione.

Orario di ricevimento

Da lunedì a venerdì su appuntamento.

Sustainable Development Goals

ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE

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Aims

Aim of the course is to give a deep knowledge of the chemistry of the elements and the inorganic compounds, focusing on the relationships betwwen structure, properties and reactivity. At the end of the course the student will possess the basic knowledge of inorganic chemistry and will learn some main experimental methodologies for the synthesis of inorganic compounds.

Knowledge and understanding
The students will study the general topics of inorganic chemistry: athomic teory and periodicity of the elements; models of the chemical bond; molecolar symmetry; ionic and metallic solids; acid-base and donor-acceptor; oxidation and reduction; as well as the knowledge of the properties of the elements of the main groups and the transition metals and of their compounds. Experimental methods of synthesis and characterization of inorganic compounds will be learnt by the laboratory experiences.

Applying knowledge and understanding
The students will be able to use the IUPAC nomenclature to identify inorganic compounds; to describe the chemical behaviour of the element groups of the periodic table; to correctly understand the relationships between structure, properties and reactivity of the inorganic compounds by using the knowledge of the base and periodic properties of the elements and of their compounds. Besides they will have skills to synthesize inorganic compounds and safely handle the chemical reactants, included their correct disposal to prevent risks in laboratory.

Making judgements
The students will be able to identify the fundamental and periodic properties able to explain and predict the reactivity of the elements and their compounds; to draft a report on the experimental activity of the laboratory, briefly describing the experience, reporting information from the acquisition of the experimental data, critically evaluating their results.

Learning skills
The student will understand the fundementals of the inorganic chemistry and of the periodic properties of the elements, correctly applying them to the problems to solve also in contexts different from those provided; examining in depth the topics with diffeerent tools than those provided; understanding which information can be obtained by observations or data.

Communication skills
The students will describe orally, clearly and concisely and with correct use of language the fundamentals of inorganic chemistry; the properties, structures and reactivity of inorganic compounds; as well as objectives and procedures of the laboratory experiences.
The students will carry out the laboratory experimental work in small group sharing the work organization and the communication of information and results; besides the will ba able to communicate the scientific results with written laboratory reports.

The course of Inorganic Chemistry is organized in two parts: a) the fundamental topics of inorganic chemistry (atomic structure, molecular structure and chemical bond, structure of the solids, acid and base, oxidation and reduction, coordination compounds, periodic properties of the elements); b) the chemistry of the elements of the main groups and of transition metals.
The Laboratory of Inorganic Chemistry provides a theoretical part to recall and examine in depth the basic knowledge of inorganic chemistry necessary for lab experiments and a practical part of experiments of synthesis and reactivity of inorganic compounds, performed individually or in couple, also devoted to the learning of the main experimental lab techniques.

Detailed program

Inorganic Chemistry.

Atomic structure – Introduction to the chemical bond. The bonding and the properties of covalent and ionic compounds – The structure of the solids - Chemistry of acid/base and donor/acceptor.- Reactions of oxidation and reduction – Main properties and periodicity of s and p groups and of transition metals. - Hydrogen – Groups 1 and 2 – Group of boron – Group of carbon – Group of nitrogen – Group of oxygen – Halogens- The chemistry of transition metals. Coordination compounds. Coordination number and symmetry. Classification of ligands. The constant of stability. The chemical bond in the coordination compounds. Reaction of complexes: substitution, redox, isomerization. Metallorganic compounds.

Laboratory of Inorganic Chemistry .

Experiences of synthesis and reactivity of the main group element and of transition metals: Synthesis and thermal analysis of oxalates hydrate of Group II; Synthesis of polysiloxanes; The acid properties of boron: synthesis and reactivity of tetrafluoroborate; The oxidation states of tin: synthesis of Sn(II) and Sn(IV) iodides; Synthesis of transition-metal acetylacetonates; Synthesis and properties of ZnO.

Prerequisites

Basic knowledge concerning the General Chemistry and the Laboratory of General Chemistry.

Positive evaluation of General and Inorganic Chemistry and Laboratory Exam of the first year of the Degree Course)

Teaching form

The course of Inorganic Chemistry and Laboratory (10 CFU) include 8 CFU of lectures corresponding to 64 hours and 2 CFU of activities of laboratory corresponding to 24 hours:

32 lectures of two hours are delivered as in-presence delivered lessons;
6 activities of laboratory of four hours are delivered as in-presence interactive activities.

The lessons are recorded and put at students disposal on the e-learning platform.
Introductive lessons for the laboratory activities, preliminary recorded and integrated with tutorial videos of the experimental operations of the laboratory experiences, are put at students disposal on the e-learning platform.
The lessons of Inorganic Chemistry are delivered in Italian language by the teacher which presents the topics of the course by slide presentation or on the blackboard. The slides of the lessons will be supplied to the students on the e-learning platform. The regular attendance of the lessons is recommended for an easier learning, although it is not more compulsory.
The activities of the Laboratory provides individual or in couple laboratory experiences preceded by the recorded introductive lessons available for the suudents on e-learning platform and by short lectures also with the help of slide presentation before the beginning of every experience. The attendance of the Laboratory is compulsory

Textbook and teaching resource

Slides of the lessons of Inorganic Chemistry (e-learning)
Learning exercises of the main topics of Inorganic Chemistry (e-learning)

Lecture Notes of the Laboratory experiences (e-learning)
Recording of the Introductive lessons for the laboratory activities (e-learning)
Slides of the Introductive lessons for the laboratory activities (e-learning)

Textbook of Inorganic Chemistry suggested by the lecturer:
M.Weller, T.Overton, J.Rourke, F.Armstrong, La Chimica Inorganica di Atkins, Zanichelli

Semester

Second semester of the second year of the Degree Course.

Assessment method

The student acquires the CFU of the course passing a written and an oral examination. No in-itinere tests are provided.
The written examination consists in six reports of laboratory, papers reporting for every laboratory experience a brief description of the operating methods of the experimental tests, the obtained results and critical observations on the own experimental activity. The evaluation of the reports concerns the knowledge by the student of the inorganic chemistry principles at the basis of the laboratory experiences, and the precisions and accuracy in reporting the results, the graphics and the experimental observations (mark from 0 to 5 for every experience, total 30/30 for the laboratory modulus). The positive evaluation of the laboratory reports (minimum 18/30 corresponding to an average score of 3) and the attendance to the Lab (at least 5 on 6 experiments) allow the admission to the oral exam.
The oral examinations (grade from 18/30 to 30/30) consist in open questions on the topics of the Inorganic Chemistry course and the Laboratory activity treated at the lesson and on the textbooks.
The final grade corresponds to a weighted sum of the results of the two parts of the course with the following graduation.
18-21: preparation on a limited part of the topics of the program, with scarce capacity of dissertation and independent analysis which, during oral test, have to be very often helped and demanded by the questions of the teacher; uncertain explanation capacity; lexicon often unclear and not accurate, sometimes not correct; with very low capacity of critical evaluation.
22-24: preparation on a good number of the topics of the program, even if not homogeneous, with sufficient capacity of dissertation and independent analysis, sometimes helped and demanded by the questions of the teacher; sufficiently clear explanation capacity; generally correct lexicon , even if sometimes not accurate; limited capacity of critical evaluation.
25-27: preparation on many topics of the program, good capacity of dissertation and critical analysis with good autonomy, capacity to apply the knowledge to real cases, correct lexicon, clear explanation capacity and
good and correct use of the language.
28 – 30/30L: complete and exhaustive preparation on all topics of the program, independent capacity of dissertation and critical analysis, capacity to connect the topics to real cases, different contexts and branches of knowledge, full competence of the discipline lexicon; excellent, clear and precise explanation capacity and capacity of argumentation.