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Marco SOLA
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze della Vita sede ex Chimica V.Campi 103
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Insegnamento: Chimica generale
Scienze biologiche (Offerta formativa 2020)
Obiettivi formativi
Permettere allo studente di acquisire le conoscenze fondamentali della Chimica Generale ed Inorganica, con particolare riferimento a: struttura elettronica degli atomi, legame chimico, struttura delle molecole e dei cristali ionici, principali classi di composti inorganici e loro reattività ed equilibrio chimico applicato a reazioni in soluzione. Lo studente verrà inoltre dotato dei principali strumenti per eseguire calcoli numerici su rapporti quantitativi tra specie in reazione, con particolare riferimento agli equilibri acido-base. Lo studente verrà introdotto ai principali concetti della termodinamica chimica e dell'equilibrio chimico e ai fattori che lo governano e ai fondamenti della cinetica chimica. L’obiettivo è di favorire la comprensione dei parametri che determinano la struttura delle molecole e influenzano il decorso di una reazione in termini quantitativi, energetici e temporali. Lo studente acquisirà familiarità con la strumentazione di base e le operazioni elementari del laboratorio chimico necessari per la conduzione e interpretazione di reazioni chimiche ed equilibri ionici in soluzione. Tutto il corso viene tenuto considerando le esigenze concettuali e metodologiche legate alla specificità della materia biologica.
Prerequisiti
Nessuno
Programma del corso
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. Legami deboli. 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. Le soluzioni. Espressione della concentrazione delle soluzioni. Proprietà colligative. La stechiometria. Tipi di reazioni. 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 da soli e in miscela e di acidi e basi polifunzionali, 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 inorganica.
Metodi didattici
Il corso si articola in 48 ore (6 CFU) di lezioni frontali e 16 ore (2 CFU) di esercitazioni di laboratorio, per un totale di 64 ore. Le 48 ore di lezioni frontali vengono svolte in aula con l’ausilio di tecniche di videoproiezione per la visualizzazione di strutture atomiche e molecolari 3D, grafici e figure varie. Di queste ore, 40-42 sono dedicate all’esposizione degli aspetti teorici e concettuali della materia, mentre 6-8 ore sono dedicate ad esercitazioni numeriche sui vari aspetti della stechiometria. Le 16 ore di laboratorio vengono svolte in laboratori chimici attrezzati per l’esecuzione di pratiche legate alla chimica degli elementi e delle soluzioni ioniche. A causa dell'emergenza COVID19 almeno 8 ore di laboratorio saranno garantite in presenza e verranno svolte a piccoli gruppi, inoltre registrazioni preparate dal docente verranno messe a disposizione in remoto.
Tutte le lezioni sono disponibili anche a distanza in modalità asincrona, registrate sulla piattaforma dei corsi MOOCS di EDUOPEN (https://learn.eduopen.org/). Inoltre, a seconda delle disposizioni dell'Ateneo per contrastare il contagio COVID-19, le lezioni potranno essere anche seguite in modalità sincrona, cioè in diretta streaming su opportuna piattaforma comunicata dal docente.
Testi di riferimento
CONSULTAZIONE:
BERTINI-LUCHINAT-MANI, Chimica, CEA
BERTINI-LUCHINAT-MANI-RAVERA, Stechiometria, CEA - Zanichelli
ATKINS-JONES-LAVERMAN, Fondamenti di Chimica Generale, Zanichelli
KOTZ, TREICHEL, TOWNSEND, TREICHEL, Chimica, EdiSES
BROWN, LEMAY, BURSTEN, MURPHY, ..., Fondamenti di Chimica, EdiSES
APPROFONDIMENTO:
ATKINS-DE PAULA-KEELER, Chimica Fisica, Zanichelli
Verifica dell'apprendimento
L’esame si articola in una prova scritta seguita da una prova orale. La prova scritta, della durata di 3 ore, è costituita dalla risoluzione di 3 esercizi numerici di stechiometria relativi a rapporti quantitativi nelle reazioni chimiche (con particolare riferimento ad aspetti di interesse biologico quali gli equilibri ionici acido-base, redox e di solubilità in soluzione acquosa) e dalla risposta a 22 test a risposta multipla su argomenti di tutto il programma e del laboratorio. Il superamento della prova scritta dà accesso alla prova orale. Quest'ultima consiste in un colloquio teso ad accertare i risultati di apprendimento attesi attraverso domande generali e specifiche con la possibile riproposizione di esercizi numerici in caso di prova scritta appena sufficiente. La votazione finale tiene conto dei risultati ottenuti nelle due prove e della valutazione dell'attività di laboratorio inclusiva delle relazioni delle esperienze di laboratorio.
Le prove potrebbero essere svolte in presenza o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19. Nel secondo caso, i test a risposta multipla verranno soppressi. Inoltre, gli esercizi di stechiometria verranno proposti in sequenza e verrà richiesta la risoluzione in tempo reale, con l'ausilio della telecamera per il controllo dello svolgimento e dei calcoli.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione.
Lo studente apprende:
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;
comprende:
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.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Dalle lezioni e esercitazioni numeriche lo studente è in grado di: prevedere le proprietà degli atomi dalla Tavola Periodica; determinare la struttura elettronico-geometrica di una piccola molecola; prevedere il risultato di una reazione grazie alla termodinamica; gestire equilibri acido base, redox e di solubilità in acqua; determinare i parametri cinetici delle reazioni.
Dalle esercitazioni di laboratorio, lo studente è in grado di: preparare soluzioni acquose; condurre reazioni verificando i rapporti di combinazione e le rese previste teoricamente; preparare soluzioni a pH noto; costruire una pila.
Autonomia di giudizio. Lo studente matura una “sensibilità” chimica che gli permette di: valutare criticamente una struttura molecolare e un calcolo stechiometrico; valutare la reattività di molecole e ioni; scegliere le condizioni sperimentali migliori per ottenere un determinato prodotto o effetto chimico.
Abilità comunicative. Le relazioni di laboratorio permettono allo studente di presentare i dati sperimentali in modo razionale. L’esame orale verifica la proprietà di linguaggio e la capacità di discussione.
Capacità di apprendimento. Lo studente conosce tutte le fonti di informazione su supporto fisico o reperibili in rete (biblioteche fisiche e virtuali, banche dati, software di visualizzazione di modelli molecolari) per acquisire nuove conoscenze chimiche.