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Gianluca MALAVASI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Chimica
Scienze naturali (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Obiettivo principale del corso è presentare allo studente del primo anno i principi della Chimica Generale e di consolidare queste conoscenze in temi di rilevanza naturalistico-ambientale, ponendo le fondamenta per i successivi corsi in ambito BIO e GEO.
La trattazione rigorosa degli argomenti verrà costantemente affiancata da esercitazioni numeriche ed attività di laboratorio onde rendere chiaro il carattere sperimentale della Chimica.
Lo studente verrà gradualmente indirizzato durante lo svolgimento del corso ad acquisire il linguaggio di base e la capacità di risolvere problemi chimici mediante l'applicazione dei concetti di base che lo condurranno all'apprendimento dei seguenti argomenti:
Sistemi materiali e le leggi fondamentali della Chimica. Gli atomi e le formule chimiche. Le reazioni chimiche e il loro bilanciamento. La stechiometria. I modelli atomici. Le configurazioni elettroniche. Il sistema periodico degli elementi. Il legame chimico. Le reazioni che implicano trasferimento di elettroni e loro bilanciamento. Il comportamento di sistemi gassosi. Le soluzioni e le loro proprietà. Gli acidi e le basi. Il ruolo dell’acqua come solvente e come reagente. L’equilibrio chimico in soluzione acquosa, in fase omogenea ed eterogenea. L'applicazione della elettrochimica nella chimica analitica e nell'industria.
Il laboratorio di Chimica Generale ha lo scopo di fornire i concetti di base e di illustrare le tecniche sperimentali fondamentali necessarie per lo studio della Chimica. Verrà dato risalto all'aspetto pratico/sperimentale attraverso la partecipazione attiva al laboratorio ed all’utilizzo delle attrezzature di base del laboratorio chimico. Si avvierà lo studente verso un percorso che lo renderà competente nell’utilizzo critico del materiale didattico, nella capacità di utilizzare un appropriato linguaggio tecnico/scientifico e nella interazione col docente e con gli studenti (in laboratorio si lavorerà a gruppi costituiti da 3 studenti).
Prerequisiti
Non ci sono regole di propedeuticità ma è utile possedere nozioni basilari di matematica (equivalenze, formula inversa, notazione esponenziale, logaritmi ed equazioni di primo e secondo grado).
Programma del corso
Blocco1-Fondamenti: chimica e società. Materia ed energia. Elementi ed atomi. Composti. Nomenclatura dei composti. Mole e massa molare. Determ. formula chimica. Miscele e soluzioni. Equazioni chimiche. Stechiometria.
Blocco2-Struttura elettronica degli atomi. Atomo di idrogeno. Struttura deli atomi polielettronici. Proprietà periodiche. I legami chimici. Legame ionico. Legame covalente: teoria di Lewis, teoria del legame di valenza. Forza e lunghezza di legame. Forma e struttura delle molecole.
Blocco3–Stati della materia. Proprietà e leggi dei gas ideali/reali. Stato liquido. Forze intermolecolari. Struttura e Proprietà dei liquidi. Stato solido. Solidi amorfi/cristallini e loro proprietà. Solidi cristallini. Allotropia, polimorfismo.
Blocco4-Termodinamica chimica: Calore/lavoro. 1°legge termodinamica. Entalpia. Capacità termica. 2°legge termodinamica. Entropia. Energia libera e spontaneità.
Blocco5-Equilibrio chimico: Reazioni all’equilibrio. Le costanti di equilibrio. Risposta degli equilibri al mutamento delle condizioni.
Blocco6-Acidi e Basi: natura degli acidi e delle basi. Acidi e basi deboli. pH delle soluzioni di acidi e di basi deboli. pH delle soluzioni saline. Acidi poliprotici. Soluzioni tampone e titolazioni acido/base.
Blocco7-Equilibri di solubilità: Prodotto di solubilità. L’effetto dello ione in comune. Prevedere la precipitazione. Dissoluzione dei precipitati. Formazione di ioni complessi. L’analisi qualitativa.
Blocco8-Elettrochimica: celle galvaniche ed elettrolitiche. Forza elettromotrice. Eq. di Nernst. Elettrolisi. Pile di uso pratico.
Solo per gli studenti di Scienze Naturali:
Sono affrontati argomenti preliminari al laboratorio riguardanti la sicurezza. Le esperienze di laboratorio sono:
-Precip. CaCO3
-REDOX
-Sol. a concentrazione nota
-Determ. densità
-Titolazioni acido/base
-Tamponi e uso del pH-metro
Al termine di ogni esperienza verranno fornite indicazioni sul corretto smaltimento dei rifiuti prodotti.
Metodi didattici
Lezioni in aula integrate da esercitazioni numeriche sugli argomenti svolti. Il corso prevede, per i soli studenti di Scienze Naturali, anche un modulo di "Laboratorio di Chimica” in cui vengono fornite tutte le nozioni necessarie per la piena comprensione delle relative esperienze pratiche. Durante la prima settimana verrà effettuata una lezione teorica che tratta argomenti preliminari relativi alla sicurezza in laboratorio.
Al termine del modulo di laboratorio dovranno essere consegnate tutte le relazioni relative alle esperienze di laboratorio. La frequenza alle attività di laboratorio è obbligatoria per sostenere l’esame finale: gli studenti dovranno frequentare almeno l’80% delle ore di laboratorio previste (al termine di ogni lezione del modulo di laboratorio verranno raccolte le firme di presenza).
Al fine di agevolare l'acquisizione da parte dello studente di un metodo di studio adeguato alle caratteristiche di un corso universitario e facilitare il superamento delle eventuali difficoltà, viene inoltre offerta la possibilità di svolgere esercizi in aula in presenza del docente o di un tutor (tutorato). Il compito del tutor è di graduare le difficoltà degli esercizi, fornire una traccia risolutiva e chiarire i dubbi che dovessero essere emersi durante lo studio autonomo dello studente.
Tutto il materiale presentato durante le lezioni di teoria, le esercitazioni, il laboratorio e il tutorato sarà messo a disposizione degli studenti sulla piattaforma dolly (http://dolly.dscg.unimore.it)
A causa della situazione sanitaria COVID19, le lezioni teoriche verranno svolte a distanza (in modo asincrono (registrate) e sincrono (streaming)) , mentre le esercitazioni di laboratorio verranno svolte in presenza, concentrate in poche settimane intensive nel semestre, che verranno indicate nell'orario.
Orario di ricevimento: lun. 15-16, giov. 16-18, Dip.to di Scienze Chimiche e Geologiche, oppure su appuntamento richiesto via e-mail (gmalavasi@unimo.it).
Testi di riferimento
Appunti del docente sul portale dolly.dscg.unimore.it.
- Principi di Chimica P. Atkins and L. Jones Zanichelli
- “Chimica Generale” D.A. McQuarrie, P.A. Rock, E.B. Gallogly Ed. Zanichelli
- “Chimica generale e Inorganica” S. Failla, R. Paolesse, A. Pasini, M. Pascquali, P. Tagliatesta, L. Valli Ed. EDI-ERMES
- "Fondamenti di Chimica" Brown, Lemay, Bursten, Murphy, Woodward Ed EdiSES
Verifica dell'apprendimento
La verifica valuta il raggiungimento di un livello sufficiente delle conoscenze/competenze e delle abilità applicative relative ai risultati di apprendimento attesi (70%). Servirà a valutare complessivamente le competenze trasversali (30%): abilità comunicative/autonomia di giudizio/ capacità di apprendimento. La valutazione finale è espressa con votazione in /30. L'accertamento del profitto si avvale: a-verifiche in itinere b-prove scritte c-prova orale (dopo aver superato a e b).
a-Solo per gli studenti di Scienze Naturali-Verifiche in itinere: relazione esperienze laboratorio. Gli studenti devono frequentare almeno l’80% dei lab.
La valutazione si basa: livello delle conoscenze chimiche acquisite (10%), capacità di applicarle (20%), capacità di comunicarle in modo chiaro/corretto (30%) correttezza risultati/calcoli eseguiti (40%). Il voto /30 è la media aritmetica dei voti delle relazioni.
b-Le prove scritte prevedono una prova in itinere (2 h) con 5 es. di stechiometria sui blocchi 1-3 e se tale prova è superata (voto pari o superiore a 18/30), la prova finale scritta (5 es., 2 h) sarà sui blocchi 4-8. Se la prova in itinere non è superata, la prova finale scritta (6 es., 2 h) sarà sui blocchi 1-8.
Il voto è in /30 e gli esercizi hanno lo stesso peso. La valutazione si basa su: i) corretta applicazione delle conoscenze chimiche (50%); correttezza formale dei calcoli eseguiti (50%).
Il voto è la media aritmetica dei voti delle prove in itinere e/o finale. La prova scritta è superata con voto pari o superiore a 18/30.
c-orale: prevede almeno 1 domanda aperta su un blocco. Il voto è in /30 e tiene conto di: livello delle conoscenze chimiche acquisite (50%), capacità di applicarle (30%), capacità di comunicare in modo chiaro/corretto (20%). Il voto finale /30 è la media pesata dei voti delle relazioni (10%), prove scritte (40%) e orale (50%)
Le prove potrebbero essere svolte in presenza o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19
Risultati attesi
Conoscenza e comprensione
Lo studente deve acquisire:
- conoscenza dei fondamenti di chimica tese all'acquisizione dei linguaggi di base delle singole discipline di ambito BIO e GEO e del metodo scientifico;
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà aver acquisito la capacità di applicare metodi e strumenti di natura chimica agli aspetti chimici del sistema ambiente. Questo avviene attraverso l’acquisizione della:
- capacità di integrare le conoscenze acquisite in un quadro generale;
- capacità di utilizzare lo strumento dell’analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi (problem solving);
- abilità sperimentali in laboratorio;
Autonomia di giudizio
L'acquisizione della autonomia di giudizio prevede il raggiungimento di un adeguato comportamento etico nei settori rilevanti per lo studio della natura e dell'ambiente che si concretizza attraverso la consapevolezza dei problemi di sicurezza nell'attività di laboratorio.
Abilità comunicative
Lo sviluppo delle abilità comunicative prevede il raggiungimento della capacità di lavorare in gruppo, di operare con definiti gradi di autonomia e di inserirsi prontamente negli ambienti di lavoro;
Capacità di apprendimento
La capacità di apprendimento si concretizza attraverso la piena acquisizione degli strumenti conoscitivi di base per l'aggiornamento continuo delle proprie conoscenze.