00088 - CHIMICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce gli elementi essenziali relativi alla composizione e al comportamento delle varie sostanze che costituiscono l’Universo. In particolare, lo studente è in grado di analizzare criticamente i seguenti argomenti: - la composizione degli oggetti materiali di cui è formato il mondo che ci circonda; - la dipendenza delle proprietà delle sostanze, che osserviamo su scala macroscopica, dalla loro composizione e dalla loro struttura; - la capacità delle sostanze di combinarsi tra loro, o di decomporsi, per dare origine ad altre sostanze

Programma/Contenuti

1) gli atomi 

2) le molecole

3) le trasformazioni delle sostanze

PARTE PRIMA: struttura macroscopica e microscopica della materia

La struttura atomica della materia. Composizione degli atomi. Massa atomica e peso atomico. Formule chimiche e peso molecolare. Concetto di mole. Significato qualitativo e quantitativo delle formule chimiche.

La struttura elettronica degli atomi. Modello atomico di Bohr e quantizzazione dell'energia. Natura dualistica dell'elettrone e principio di indeterminazione. Teoria ondulatoria, numeri quantici e orbitali atomici. Livelli energetici per l'atomo di idrogeno. Orbitali atomici negli atomi polielettronici. Principio di esclusione di Pauli e regola di Hund. Configurazioni elettroniche degli atomi (principio dell'aufbau) e classificazione periodica degli elementi chimici (Tavola Periodica). Esercitazione di spettroscopia atomica.

Variazione periodica delle proprietà fisiche degli atomi. Dimensioni atomiche, energia di ionizzazione e affinità elettronica.

PARTE SECONDA: il legame chimico

Il legame chimicoe l'energia del sistema: effetti attrattivi e repulsivi, energia di legame. Classificazione dei legami chimici.

Il legame covalente. Teoria del legame di valenza. Polarità dei legami covalenti, elettronegatività. Stechiometria dei composti covalenti. Geometria molecolare e modello VSEPR. Molecole polari e apolari. Teoria degli orbitali molecolari, diagramma dell'energia degli orbitali molecolari di molecole biatomiche omonucleari ed eteronucleari. Configurazioni elettroniche di alcune molecole biatomiche e discussione di alcune loro proprietà (energia e distanza di legame, paramagnetismo e diamagnetismo, ecc.).

Il legame nei solidi. Legame ionico, struttura e proprietà dei composti ionici. Legame metallico e cenni sulla teoria delle bande nei solidi. Conduttori, isolanti e semiconduttori.

Forze di attrazione tra molecole discrete negli stati condensati. Forze di Van der Waals. Legami a idrogeno. Fattori che determinano lo stato di aggregazione di una sostanza.

Andamento periodico delle proprietà dei legami. Relazione tra tipi di legame e posizione degli atomi nella Tavola Periodica. Previsioni sulla natura del legame.

Proprietà chimiche dei vari elementi in relazione alla loro posizione nel sistema periodico. Proprietà chimiche periodiche: capacità di legame, proprietà generali delle specie elementari, dei composti con l'ossigeno (ossidi, idrossidi, ossoacidi) e dei composti con l'idrogeno (idruri). Cenni sui sali. Soluzioni, vari modi di esprimere la composizione di una soluzione. Soluzioni gassose. Solubilità. Soluzioni elettrolitiche.

PARTE TERZA. Le reazioni chimiche

Equazioni chimiche: bilanciamento. Energia in gioco nelle reazioni chimiche: energia interna ed entalpia. Spontaneità di un processo chimico: entropia ed energia libera.

Equilibri chimici. Equilibri omogeneei ed eterogenei. Costante di equilibrio e sua dipendenza dalla temperatura. Evoluzione di un sistema chimico (previsioni). Variazione delle concentrazioni all'equilibrio per effetto di cause esterne, principio di Le Chatelier. Scelta delle migliori condizioni di reazione.

Cinetica chimica. Velocità di reazione e fattori che influiscono sulla velocità delle reazioni. Costanti cinetiche, ordine di reazione, tempi di vita. Meccanismi di reazione e stadi elementari. Energia di attivazione e complesso attivato. Catalisi.

Stabilità e inerzia dei sistemi chimici. Esercitazione sulla reattività di alcuni elementi chimici.

ATTIVITA' DI LABORATORIO

- Norme generali di sicurezza e di comportamento nel laboratorio chimico

- Esperienze di spettroscopia, diffrazione, caratterizzazione

Testi/Bibliografia

Testi consigliati:

I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, Chimica, C.E.A., Milano, 2004.

Testi di consultazione e di approfondimento:

A. M. Shaw Astrochemistry Wiley 2006

P. Atkins, L. Jones, Chimica Generale, Zanichelli, Bologna, 1998

Metodi didattici

Il corso si articola principalmente in lezioni frontali, tenute con l'ausilio di presentazioni di power point. Sono inoltre previste esercitazioni in aula (risoluzione di problemi) ed alcune esperienze in laboratorio (8 ore complessive in laboratorio). Compatibilmente con il tempo a disposizione, verranno approfonditi temi di attualità o di particolare interesse (ad esempio tecnologico) connessi agli argomenti trattati nel corso.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avverrà - di norma - mediante esame scritto a risposta aperta della durata di due ore. Seguito da discussione della valutazione e da eventuale approfondimento in sede orale. Lo studente avrà facoltà di richiedere - in anticipo rispetto alla prova scritta - di poter sostenere l'esame oralmente.

Strumenti a supporto della didattica

Le trasparenze utilizzate a lezione sono scaricabili dalla rete (Portale UniBo > Dario Braga > Insegnamenti > Chimica > Materiale didattico).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Dario Braga