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Erika FERRARI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Chimica
Fisica (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Acquisire le conoscenze di base riguardanti: la relazione tra la struttura atomica e le proprietà degli elementi, la natura del legame chimico, la geometria molecolare, le relazioni quantitative tra reagenti e prodotti in una trasformazione chimica (stechiometria) e la termodinamica chimica, seguendo un approccio razionale e non descrittivo.
Apprendere le metodologie tipiche di risoluzione di semplici problemi di strutturistica chimica, stechiometria e termodinamica chimica, padroneggiando la relazione tra livello macroscopico, microscopico e simbolico.
Utilizzare la nomenclatura tradizionale e sistematica dei composti chimici sviluppando un linguaggio tecnico appropriato.
Prerequisiti
Nessuno obbligatorio. Conoscenze elementari di struttura atomica e termodinamica sono da considerarsi utili.
Programma del corso
INTRODUZIONE E CONCETTI FONDAMENTALI (4 ore). I tre livelli della chimica: macroscopico, microscopico e simbolico. Sviluppi storici della chimica. Sostanze pure e miscele, sostanze elementari, composti ed elementi chimici; molecole, formula empirica e formula molecolare; particelle subatomiche fondamentali; numero atomico, numero di massa, isotopi; pesi atomici e unità di massa atomica; mole, massa molare e numero di Avogadro.
STRUTTURA ELETTRONICA DEGLI ATOMI (10 ore). Sviluppi storici e moderna trattazione quantomeccanica dell’atomo di H, delle specie atomiche idrogenoidi e degli atomi polielettronici. Configurazioni elettroniche degli elementi. La Tabella Periodica e le proprietà periodiche.
LEGAME CHIMICO (18 ore). Legame ionico. Legame covalente: teoria di Lewis e previsione della geometria molecolare attraverso la teoria VSEPR. Teorie VB ed MO. Legami deboli.
CLASSIFICAZIONE E NOMENCLATURA DEI COMPOSTI INORGANICI E DELLE REAZIONI CHIMICHE.
STECHIOMETRIA (4 ore). Numero di ossidazione, nomenclatura tradizionale e sistematica. Reazioni chimiche ed equazioni di reazione. Reazioni acido-base, reazioni di scambio, reazioni redox. Relazioni ponderali: reagente limitante, resa teorica, resa e resa percentuale. Concentrazione delle soluzioni.
TERMODINAMICA CHIMICA ED EQUILIBRIO (12 ore). Proprietà generali di gas, liquidi e solidi. Proprietà di gas puri ed in miscela. Termini entalpici ed entropici nelle trasformazioni fisiche e chimiche. Energia libera di Gibbs e criterio di spontaneità. Equilibrio termodinamico e costante di equilibrio. Equilibri omogenei ed eterogenei coinvolgenti sostanze pure, miscele o soluzioni (equilibri in fase gassosa, passaggi di stato, proprietà colligative delle soluzioni, equilibri di solubilità).
Metodi didattici
Lezioni ed esercitazioni in aula, esercizi da svolgere autonomamente, libri di testo consigliati e materiale didattico reso disponibile online prima dell’inizio del corso (diapositive ed esercizi selezionati). Al termine di ogni sezione del
corso (struttura atomica, teorie del legame chimico e geometria molecolare, stechiometria/nomenclatura, termodinamica chimica) è distribuito un questionario con domande a risposta chiusa che consentono agli studenti di autovalutare il proprio livello di comprensione e di esercitarsi su problemi tipici.
Orario di ricevimento: su appuntamento richiesto via e-mail (erika.ferrari@unimore.it).
Testi di riferimento
Lo studente può utilizzare il materiale didattico fornito dal docente (diapositive ed esercizi selezionati) e consultare i seguenti libri di testo.
R. H. Petrucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette, "Chimica Generale - Principi ed Applicazioni Moderne", 10a Ed., Piccin: Padova, 2013.
P. Atkins, L. Jones, "Principi di Chimica", 3a Ed., Zanichelli: Bologna, 2012. (http://online.zanichelli.it/atkinsprincipi).
A. M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio, "Fondamenti di Chimica", Casa Editrice Ambrosiana: Milano, 2006.
I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, "Chimica", 2a Ed., Casa Editrice Ambrosiana: Milano, 2011.
Verifica dell'apprendimento
ESAME ORALE finale con domande sui quattro argomenti principali del corso (struttura atomica, teorie del legame chimico e geometria molecolare, stechiometria/nomenclatura, termodinamica chimica). Allo studente è inoltre richiesto di illustrare e discutere le proprietà di un gruppo di elementi a scelta della Tabella Periodica, sulla base delle informazioni reperibili nei libri di testo consigliati.
Il voto finale è ottenuto come segue:
- valutazione CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE attraverso una domanda sulla struttura atomica (fino a 6 punti) e una domanda sulla termodinamica chimica (fino a 6 punti);
- valutazione CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE attraverso un esercizio sulla struttura elettronica e la geometria molecolare (fino a 7 punti) e un esercizio di stechiometria o nomenclatura (fino a 4 punti);
- valutazione AUTONOMIA DI GIUDIZIO (fino a 2 punti);
- valutazione ABILITÀ COMUNICATIVE (fino a 2 punti);
- valutazione CAPACITÀ DI APPRENDERE attraverso la presentazione e discussione delle proprietà di un gruppo di elementi a scelta della Tabella Periodica (fino a 4 punti).
Qualora il voto finale sia superiore a 30 punti, viene attribuita automaticamente la lode.
In caso di esito negativo l’esame orale può essere ripetuto a non meno di 20 giorni di distanza
Risultati attesi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Attraverso le lezioni e le esercitazioni in aula, gli esercizi da svolgere autonomamente, il materiale didattico disponibile online e i libri di testo consigliati, al termine del corso lo studente acquisirà una solida conoscenza sulle relazioni esistenti tra struttura atomica e proprietà chimiche degli elementi, sulla natura del legame chimico, sulla geometria molecolare, sulle relazioni quantitative tra le specie coinvolte in una reazione chimica (stechiometria), sulla nomenclatura chimica e sulla termodinamica chimica.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Attraverso una serie di esercizi selezionati, affrontati in aula o da svolgere autonomamente, al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze di base per risolvere problemi fondamentali di chimica, come: spiegare le proprietà chimiche di un elemento sulla base della sua posizione nella Tabella Periodica, prevedere la struttura elettronica e la geometria di molecole semplici, prevedere la resa teorica di una reazione chimica, attribuire un nome a semplici composti chimici, prevedere il carattere spontaneo o non spontaneo di una trasformazione chimica in condizioni specificate.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Al termine del corso lo studente sarà in grado di riconoscere autonomamente gli approcci più appropriati per affrontare i più importanti aspetti qualitativi e quantitativi della chimica (reattività, struttura elettronica e geometrica delle molecole, relazioni ponderali tra reagenti e prodotti di una trasformazione chimica).
ABILITÀ COMUNICATIVE
Attraverso le discussioni in aula ed il colloquio finale, al termine del corso lo studente sarà in grado di esporre in modo chiaro e rigoroso gli argomenti presentati nel corso usando un linguaggio tecnico appropriato.
CAPACITÀ DI APPRENDERE
Con numerosi esempi, esercizi e proposte di approfondimento il corso mira a sviluppare l'abilità di apprendimento autonomo dello studente su argomenti affini a quelli contenuti nel programma.