FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE, INORGANICA ED ORGANICA

Il Corso introduce i principi fondamentali della struttura atomica della materia, del legame chimico, degli stati di aggregazione della materia, delle sue proprietà e trasformazioni (Chimica Generale e Inorganica), e fornisce una conoscenza di base sulla nomenclatura, struttura e reattività dei principali gruppi funzionali presenti in molecole organiche (Chimica Organica).

Quali risultati dell’apprendimento, ci si attende la comprensione approfondita i) del modello atomico e la sua applicazione alle configurazioni elettroniche e alla tavola periodica; ii) degli aspetti di termochimica e cinetica trattati; iii) della teoria degli acidi e delle basi; iv) dell’equilibrio chimico. È altresì auspicata la capacità di i) elaborare formule di Lewis; ii) prevedere la stereochimica mediante la teoria VSEPR; iii) eseguire semplici calcoli di stechiometria (incluso il bilanciamento di reazioni); iv) conoscenza della nomenclatura delle sostanze organiche e dei gruppi funzionali in chimica organica; vi) conoscenza della stereochimica delle molecole organiche e del loro orientamento tridimensionale nello spazio; VI) conoscenza della reattività dei composti 

Conoscenza e comprensione: Conoscenza dei principi fisici e dei concetti fondamentali della chimica generale, del chimismo degli elementi del blocco s-p in relazione alle loro proprietà elettroniche e strutturali e dei principali composti organici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di applicare i concetti di chimica di base a problemi di interesse pratico, che possono essere riconducibili ai sistemi produttivi agrari.

Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di elaborare quanto appreso e saprà riconoscere le casistiche "reali" e i problemi specifici in cui i principi chimici appresi possano essere impiegati.

Abilità comunicative: Sviluppare una capacità di espressione utilizzando una terminologia appropriata, sia in ambito orale sia scritto. Nelle esercitazioni sarà stimolata la discussione di gruppo e la capacità di giungere al risultato mediante un processo di sintesi dei contributi emersi nella discussione. Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà descrivere le tematiche della chimica generale, inorganica ed organica con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione.

Capacità di apprendimento: Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di analizzare, applicare e integrare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti successivi, con particolare riferimento a discipline scientifiche basate su aspetti e processi governati da fenomeni chimico-molecolari

Le lezioni e le esercitazioni verranno svolte con didattica frontale tradizionale con l'uso di schede didattiche preconfezionate su powerpoint che verranno distribuiti agli studenti nel corso dello svolgimento del corso.

Introduzione alla chimica- La materia e i suoi stati di aggregazione, il metodo scientifico, i tre livelli della chimica, la materia e le sue unità di misura, cifre significative, sostanze pure elementari e composte e miscele omogenee ed eterogenee. Nomenclatura chimica- Elementi e loro rappresentazione, numero di ossidazione, classificazione dei composti inorganici, composti ionici e molecolari, nomenclatura tradizionale e IUPAC. Reazioni chimiche- Rappresentazione, legge di conservazione della massa di Lavosier, bilanciamento, reazioni di combustione, reazioni di precipitazione, reazioni che sviluppano gas, reazioni acido-base, reazioni redox e loro bilanciamento.

Generalità sull'atomo- Esperimento di Rutherford, modello atomico planetario, numero atomico, numero di massa, isotopi, abbondanza isotopica, difetto di massa, unità di massa atomica (uma), massa atomica relativa, massa molecolare, mole, formula minima, formula molecolare, formula estesa, formula di struttura, percentuali in peso.

Struttura della materia- Modello atomico di Bohr, modello quanto-meccanico, numeri quantici, principio di Pauli, regola di Hund, configurazione elettronica.

Sistema periodico-Periodicità, raggio atomico, raggio ionico, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività. Legame chimico- Strutture di Lewis e regola dell'ottetto,eccezioni alla regola dell'ottetto, geometria molecolare, teoria VSEPR, energia di legame, legame ionico, legame covalente, legame dativo, legame ad idrogeno, teoria dell'orbitale di valenza, ibridizzazione, risonanza.

Lo stato gassoso- La pressione, La legge di Boyle, la legge di Charles, la legge di Gay-Lussac, ipotesi di Avogadro, la legge dei gas ideali, miscele di gas e legge di Dalton, la teoria cinetico-molecolare, la legge di Graham, i gas reali.

Lo stato liquido- Proprietà, viscosità, tensione superficiale e tensione di vapore. Passaggi di stato- Diagramma di stato dell'acqua.

Termodinamica-Funzioni di stato, primo principio, secondo principio, entropia ed energia libera, spontaneità di processi.

Soluzioni-Molarità, Frazione molare, Molalità, percentuale in massa, densità, legge di Raoult, proprietà colligative, elettroliti, grado di dissociazione, coefficiente di Van't Hoff.

Equilibrio chimico-Legge di azione di massa, costante di equilibrio, dipendenza della costante di equilibrio dalla Temperatura, fattori che influenzano l'equilibrio. Acidi e basi- Forza di acidi e basi, costante di dissociazione, elettroliti anfoteri, prodotto ionico dell'acqua, calcolo del pH, indicatori di pH. Idrolisi salina- Costante di idrolisi, pH di idrolisi, Soluzioni tampone, titolazioni acido forte-base forte, prodotto di solubilità, effetto dello ione a comune sulla solubilità.

Cenni di cinetica chimica-ordine e molecolarità di reazione, velocità di reazione.

Cenni di elettrochimica- conducibilità delle soluzioni acquose, pile, serie di potenziali redox, equazione di Nerst.

Inorganica- Gli elementi del gruppo sp: presenza in natura, preparazione degli elementi e loro proprietà chimiche, composti binari e ternari. Cenni sulla chimica dei metalli di transizione ‘d’ ed ‘f’.

Organica- Proprietà e reattività degli Idrocarburi alifatici ed aromatici, Alcoli, Aldeidi e Chetoni, Acidi carbossilici e loro derivati

Stechiometria- Stechiometria delle reazioni chimiche. Le reazioni chimiche. Equazioni chimiche e loro bilanciamento. Calcoli stechiometrici. Composizione percentuale e analisi elementare. Resa delle reazioni e agente limitante. Reazioni in soluzione acquosa. Equazioni ioniche nette. Espressioni di concentrazione. Diluizione. Ossidoriduzioni e loro bilanciamento

1. A. M. Manotti Lanfredi & A. Tiripicchio, FONDAMENTI DI CHIMICA, CEA

2. Fusi et al., -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA - Idelson-Gnocchi

3. Petrucci et al., -CHIMICA GENERALE- Piccin

4. Speranza et al. -CHIMICA GENERALE ED INORGANICA- Edi-Ermes

5. M. Schiavello, L. Palmisano - FONDAMENTI DI CHIMICA - EdiSES

6. J.C. Kotz et al. - CHIMICA - EdiSES

7. P.W. Atkins, L. Jones - CHIMICA GENERALE - Zanichelli

8. R. Chang - FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE - Mc Graw Hill

9. Nivaldo J. Tro - CHIMICA – EdiSES Chimica Inorganica

10. D.H. Bandinelli - CHIMICA INORGANICA – Piccin

11. I. Bertini,C. Luchinat, F. Mani - CHIMICA INORGANICA - Ambrosiana, (distribuzione Zanichelli)

Stechiometria

12. P. M. Lausarot, G.A. Vaglio - STECHIOMETRIA PER LA CHIMICA GENERALE- Piccin

13. P. Giannoccaro, S. Doronzo -ELEMENTI DI STECHIOMETRIA- Edises

 N.B.: Anche se le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, si fa presente che tutti i testi sopra elencati sono ugualmente validi e lo studente è libero di sciegliere quello che ritiene più adatto alla propria formazione. Eventuali testi non elencati, possono essere sottoposti al vaglio del docente. 

Altro materiale didattico per gli studenti, che verrà reso disponibile agli studenti, consiste in:

 Copia dei power point presentati durante le lezioni frontali e in occasione dei seminari.

Sono previste 2 prove in itinere relative al programma (sia delle lezioni frontali che delle esercitazioni) svolto nel periodo ottobre-novembre e dicembre gennaio. Le prove consisteranno in un esame scritto della durata di 1 ora, basato su domande, sia aperte che con risposte multiple suggerite, in numero sufficiente (15) a coprire tutti gli argomenti svolti a lezione inclusi gli esercizi di stechiometria durante il periodo di riferimento. La votazione conseguita nelle 2 prove, se superiore ai 18/30, potrà essere mediata e registrata come votazione finale, sostitutiva alla prova d'esame finale.

La prova finale consiste in un esame scritto (il giorno dell’esame è quello indicato sul calandario ufficiale) della durata di 2 ore, basato su domande, sia aperte che con risposte multiple suggerite, in numero sufficiente (30) a coprire tutti gli argomenti svolti a lezione inclusi gli esercizi di stechiometria e gli esercizi di nomenclatura e reattività delle molecole organiche trattate durante il corso.

La votazione segue il seguente schema:

“La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere. A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CinAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o DSA) del Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Nomenclatura chimica

Descrivere le proprietà periodiche degli elementi

Configurazione elettronica degli elementi e numero atomico

Geometria molecolare di acidi inorganici sulla base della teoria VSEPR

Teoria del VB ed orbitali ibridi

Legame chimico

Bilanciamento di reazione

Reazioni Redox

Interazioni intermolecolari

Le soluzioni

Calcolo della concentrazione di una soluzione

Proprietà colligative

Principali funzioni di stato termodinamiche

Energia Libera

Cinetica chimica

Equilibri in soluzione

Calcolo pH

Soluzioni tampone

Idrolisi dei sali

Le pile

Gli elementi dei gruppi s-p (fino al 3 periodo)

Nomenclatura organica

Principali composti organici e loro reattività

Calcoli stechiometrici