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Luisa BARBIERI
Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Chimica
Scienze strategiche (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Permettere all’allievo di acquisire le conoscenze di base della Chimica con particolare riferimento a: struttura elettronica degli atomi, legame chimico, struttura delle molecole e dei composti ionici, principali classi di composti inorganici e organici, aspetti termodinamici e cinetici delle reazioni chimiche, equilibri e fenomenologia elettrochimica. L’obiettivo è di favorire la comprensione dei parametri che determinano la struttura e le interazioni delle molecole e degli ioni - e quindi le proprietà dei principali materiali - e influenzano il decorso di una reazione in termini quantitativi, energetici e temporali. L'allievo verrà inoltre dotato dei principali strumenti per eseguire semplici calcoli numerici su rapporti quantitativi tra specie in reazione. Il corso viene tenuto considerando le esigenze concettuali e metodologiche legate alla specificità della formazione dell’allievo ufficiale, che dovrà essere in grado di comprendere le basi chimiche delle proprietà di materiali e reazioni, incluse quelle di interesse bellico.
Prerequisiti
Nessuno.
Programma del corso
PRIMO BLOCCO CONCETTUALE: STRUTTURA E PROPRIETA’ DELLA MATERIA (1.5 CFU, 15 ore): Sostanze e formule chimiche. L'atomo. La mole. Struttura elettronica e proprietà periodiche degli atomi: orbitali; configurazioni elettroniche degli elementi; la tabella periodica. Il legame chimico: teoria di Lewis del legame covalente; cenni sulle teorie del legame di valenza e degli orbitali molecolari; il legame ionico, il legame metallico. I legami deboli.
SECONDO BLOCCO CONCETTUALE: LE SOSTANZE CHIMICHE E LE LORO TRASFORMAZIONI (1 CFU, 10 ore): Principali composti inorganici. Lo stato solido. Lo stato gassoso. Gas reali. Cenni di termodinamica chimica. 1° e 2° principio della termodinamica. Entalpia, entropia, energia libera. Transizioni di stato e i diagrammi di stato a un componente. Le soluzioni. Concentrazione delle soluzioni. Proprietà colligative.
TERZO BLOCCO CONCETTUALE: REATTIVITA’ CHIMICA (3.0 CFU, 30 ore): Le reazioni chimiche. Tipi di reazioni. La stechiometria. Equilibrio chimico in fase gassosa e liquida. La costante di equilibrio. Equilibri di dissociazione ionica in soluzione acquosa. Il pH. Rapporti quantitativi fra le sostanze in una reazione, concentrazione di soluzioni acquose, pH di acidi e basi individuali e in miscela, solubilità e prodotto di solubilità. Cinetica chimica. Velocità di reazione. Elettrochimica. Le pile. I potenziali di elettrodo. La pila e l’equilibrio chimico. Cenni di chimica organica. Idrocarburi. Cenni di chimica dei gruppi funzionali.
QUARTO BLOCCO CONCETTUALE: PRINCIPALI MATERIALI E REAZIONI DI INTERESSE (0.5 CFU, 5 ore): Cenni di chimica degli esplosivi .
Viene fatta salva la possibilità di dedicare un tempo maggiore ad alcuni argomenti rispetto a quanto si era preventivato alla luce dei feedback degli allievi.
Metodi didattici
Il corso si articola in 60 ore (6 CFU) di lezioni frontali. Le lezioni vengono tenute in lingua italiana e svolte in presenza (fatte salve situazioni contingenti di emergenza sanitaria, nel qual caso le lezioni potranno essere seguite in modalità sincrona, cioè in diretta streaming, su opportuna piattaforma web comunicata dal docente) con l’ausilio di tecniche di videoproiezione per la visualizzazione di strutture atomiche e molecolari 3D, grafici e figure varie. Circa 50 ore sono dedicate all’esposizione degli aspetti teorici e concettuali della materia, mentre circa 10 ore sono dedicate a esercitazioni numeriche sui vari aspetti della stechiometria. La frequenza alle lezioni è obbligatoria.
Testi di riferimento
Dispense/presentazioni caricate sulla piattaforma Moodle da parte del docente
NOBILE-MASTRORILLI, La Chimica di Base con esercizi, terza edizione, CEA Editore
Consultazione:
SCHIAVELLO-PALMISANO, FONDAMENTI DI CHIMICA, EdiSES
MICHELIN-MUNARI, FONDAMENTI DI CHIMICA, CEDAM
BERTINI-LUCHINAT-MANI, Chimica, Ambrosiana
BERTINI-MANI, Stechiometria, Ambrosiana
Verifica dell'apprendimento
La verifica dell’apprendimento durante l’erogazione dell’insegnamento sarà effettuata tramite un accertamento scritto che si terrà poco prima del termine delle lezioni, costituito da 3 esercizi numerici (valore unitario: 3,3 punti) e da 16 test a risposta multipla (valore unitario: 1,25 punto) su argomenti relativi al programma svolto fino a quel momento. Tale prova servirà solo a verificare il grado di apprendimento dell’allievo e pur producendo un voto, lo stesso non farà media con l’esame vero e proprio. Quest’ultimo si svolgerà nella sessione d’esame di gennaio-febbraio 2022, sarà scritto, e strutturato nello stesso modo dell’accertamento, ma su tutto il programma svolto. La prova scritta si intende superata con un punteggio superiore o uguale a 18. Tempo disponibile: 3 ore. Durante la prova d’esame, all'allievo verrà lasciata la possibilità di utilizzare, come ausili, tavola periodica, tabelle e calcolatrice.
Risultati attesi
1. Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine del corso è previsto che l'allievo:
a) abbia appreso le nozioni di base in merito a: la struttura elettronica degli atomi e la Tavola Periodica; la natura del legame chimico; gli aspetti formali, quantitativi, termodinamici e cinetici delle reazioni chimiche; le proprietà dei principali composti inorganici e dei principali materiali di interesse;
b) abbia compreso: le proprietà degli atomi sulla base della loro struttura elettronica; i rapporti quantitativi fra gli atomi nelle molecole e la struttura elettronico-geometrica di molecole semplici; gli aspetti termodinamici e quantitativi delle reazioni.
2. Conoscenza e capacità di comprensione applicate.
a) Prevedere le proprietà degli atomi dalla Tavola Periodica;
b) determinare la struttura elettronico-geometrica di una piccola molecola;
c) prevedere il risultato di una reazione su base termodinamica;
d) gestire semplici equilibri acido base, redox e di solubilità in acqua;
e) prevedere le proprietà e il comportamento di materiali inorganici e polimerici e reazioni di interesse specifico in determinate condizioni operative.
3. Autonomia di giudizio.
a) Maturare di una “sensibilità” chimica che permetta di valutare criticamente una struttura molecolare ed effettuare un semplice calcolo stechiometrico;
b) valutare la reattività di molecole e ioni;
c) identificare le condizioni sperimentali migliori per ottenere un determinato prodotto o effetto chimico.
4. Abilità comunicative.
a) Esprimere le proprie conoscenze in modo corretto e logico e con proprietà di linguaggio chimico;
b) sostenere una discussione chimica con un interlocutore con il medesimo livello di preparazione o superiore;
c) presentare i dati sperimentali in modo razionale.
5. Capacità di apprendimento.
a) Saper accedere a tutte le fonti di informazione chimica su supporto fisico o reperibili in rete (biblioteche fisiche e virtuali, banche dati, software di visualizzazione di modelli molecolari) per acquisire nuove conoscenze chimiche;
b) approfondire le nozioni apprese per proseguire il proprio percorso universitario mettendo a frutto terminologia, schemi, concetti quali strumenti per raggiungere un'ampia conoscenza dei fenomeni chimici.