FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE, INORGANICA ED ORGANICA
Anno accademico 2024/2025 - Docente: Maria Elena FRAGALA'Risultati di apprendimento attesi
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 capacità di 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 le conoscenze acquisite a problemi di interesse pratico, spesso riconducibili sia alla ricerca di base, sia a processi di interesse industriale.
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
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
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali in aula, supportate da slides, in cui verranno svolti esercizi volti a consolidare gli aspetti quantitativi della chimica generale. L'insegnamento è tenuto in lingua italiana.
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. E' possibile rivolgersi anche ai docenti referenti CInAP (Centro per l’Inclusione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento.
Qualora le condizioni dovessero imporre l’erogazione dell’insegnamento in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria, ma fortemente consigliata
Contenuti 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: 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
Testi di riferimento
2) M Schiavello, L. Palmisano - Fondamenti di Chimica - EdiSes
3) I. Bertini,C. Luchinat, F. Mani, E. Ravera - STECHIOMETRIA - Ambrosiana, (distribuzione Zanichelli)
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. Il testo di STECHIOMETRIA è dedicato esclusivamente alle esercitazioni
Eventuali testi non elencati, possono essere sottoposti al vaglio del docente.
Programmazione del corso
Argomenti | Riferimenti testi | |
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1 | Presentazione del corso. - Notazione scientifica dei numeri. - Unità di misura e sistema internazionale*. - Proprietà e classificazione della materia*. - Leggi della combinazione chimica*. - Equazioni Chimiche* | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
2 | Teoria Atomica di Dalton. - Principio di Avogadro. - Regola di Cannizzaro. - Costituzione degli atomi. – Cenni sulle radiazioni elettromagnetiche. - Modello atomo di Rutherford. Introduzione alla tabelle periodica. - Modello dell´atomo di Idrogeno di Bohr*. - Meccanica quantistica. - Equazione di Schrodinger. - Esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
3 | Struttura elettronica degli elementi. - Proprietà periodiche: - raggi atomici; - potenziale di ionizzazione; - affinità elettronica | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
4 | Regola dell'ottetto. - Simboli di Lewis. - Legame metallico e legame ionico. - Legame covalente: Omeopolare, eteropolare e dativo. - Esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
5 | Eccezioni alla regola dell'ottetto; - Energia nel legame covalente; - Legame covalente-polare; - Elettronegatività | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
6 | Geometria molecolare VSEPR; - Introduzione al legame di valenza (VB). - Descrizione di N2, H2O; CH4, C2H2 e C2H4 con la teoria VB | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
7 | Regole per la determinazione dei n.o. nei vari composti. - Nomenclatura composti binari (IUPAC e non). –Nomenclatura composti ternari - idrossidi ed acidi. Nomenclatura dei Sali e degli ioni. Sistematica Chimica-Esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
8 | Formule di struttura di vari composti inorganici. - Reazioni chimiche senza variazione del n.o. - Acidobase; Acido-ossido; Base-ossido; - Sale-sale - Reazioni chimiche con variazione del n.o. (redox). - Bilanciamento delle reazioni redox: - Metodo direttoBilanciamento delle reazioni redox: Metodo semireazioni in ambiente acido; - Metodo semi-reazioni in ambiente basico; - esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
9 | Stati di aggregazione della materia - Stato Solido: Amorfi e cristalli e proprietà. - Reticoli cristallini e celle elementari. - Stato gassoso: proprietà; - Equazione di stato dei gas ideali*. - Miscele gassose | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
10 | Gas reali; equazione di van der Waals; Applicazione della legge dei gas perfetti; - Stato Liquido: Proprietà, evaporazione e tensione di vapore. Ebollizione, - sublimazione, fusione e solidificazione. - Diagrammi di stato* di H2O e CO2 | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
11 | Soluzioni - Natura, entalpia di soluzione. -Definizioni delle concentrazioni*: frazione molare, molarità, molalità- Esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
12 | Tensione di vapore delle soluzioni: - soluzioni a comportamento ideale - Legge di Raoult. - Proprietà Colligative: - Abbassamento tensione di vapore; Innalzamento ebulloscopico; - Abbassamento crioscopico; - Pressione osmotica. - Esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
13 | Equilibrio Chimico: Omogeneo ed eterogeneo. - Costante di Equilibrio. - Principio dell'equilibrio mobile. - Dipendenza della costante di equilibrio dalla Temperatura. - Equilibri di solubilità dei Sali poco solubili.-Esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
14 | Autoprotolisi dell´acqua. - Concentrazione idrogenionica - Acidità e basicità delle soluzioni. - Definizione di acido e base di Arrhenius. - Esercitazioni. | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
15 | Equilibri di solubilità dei Sali poco solubili. - Definizioni di acido e base di Bronsted-Lowry. - Forza degli Acidi e delle Basi. - Acidi e Basi poliprotiche. Composti Anfoteri. - Soluzioni Tampone: Definizione e meccanismi di funzionamento. Costituzione limiti e capacità. -Esercizi | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
16 | Chimismo inorganico gruppi s-p | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
17 | Chimica organica: Gruppi funzionali, rappresentazione di molecole organiche in forma tridimensionale o tramite proiezioni, nomenclatura tradizionale e IUPAC. | Le lezioni si basano su 1 o 2 testi per ogni sezione, ma ma 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.-Slides di lezione disponibili su STUDIUM |
18 | Idrocarburi: struttura e nomenclatura- Molecole organiche funzionalizzateAlogenuri alchilici e reattività: meccanismo delle sostituzioni nucleofile uni e bi-molecolari. Reazioni di eliminazione E1, E2. Competizione sostituzione-eliminazione. Fattori che influenzano E1,E2,SN1,SN2 | |
19 | Alcheni, Alchini: addizione elettrofila. - Composti aromatici: la regola di Huckel e l’aromaticità. Sostituzione elettrofila aromatica, diverse proprietà acido-base di composti aromatici e non aromatici- Alcoli, Fenoli, Eteri, tioli. Caratteristiche di acidità. Reazioni di ossidazione e riduzione- Ammine e composti azotati: Proprietà acido-base- Composti carbonilici e carbossilici (aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati).Centri nucleofili ed elettrofili, Addizione Nucleofila, Reazioni di addizione-eliminazione. Proprietà acido-base, Reattività dei derivati degli acidi carbossilici | |
20 | Reazioni organiche e reazioni enzimatiche- Proteine: - Carboidrati: - Amminoacidi peptidi e proteine: punto isoelettrico |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Sono previste 2 prove in itinere relative al programma (sia durante le lezioni frontali che le esercitazioni) svolto nel periodo ottobre-novembre e dicembre gennaio. Le prove consisteranno in un esame scritto della durata di 2 ore, basato su domande aperte in numero sufficiente 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 aperte in numero sufficiente 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:
Non idoneo:
Conoscenza e comprensione argomento: Importanti carenze. Significative imprecisioni
Capacità di analisi e sintesi: Irrilevanti. Frequenti generalizzazioni. Incapacità di sintesi
Utilizzo di referenze: Completamente inappropriato
18-20:
Conoscenza e comprensione argomento: A livello soglia. Imperfezioni evidenti
Capacità di analisi e sintesi: Capacità appena sufficienti
Utilizzo di referenze: Appena appropriato
21-23
Conoscenza e comprensione argomento: Conoscenza routinaria
Capacità di analisi e sintesi: E’ in grado di analisi e sintesi corrette. Argomenta in modo logico e coerente
Utilizzo di referenze: Utilizza le referenze standard
24-26
Conoscenza e comprensione argomento: Conoscenza buona
Capacità di analisi e sintesi: Ha capacità di analisi e di sintesi buone. Gli argomenti sono espressi coerentemente
Utilizzo di referenze: Utilizza le referenze standard
27-29
Conoscenza e comprensione argomento: Conoscenza più che buona
Capacità di analisi e sintesi: Ha notevoli capacità di analisi e di sintesi
Utilizzo di referenze: Ha approfondito gli argomenti
30-30 e lode
Conoscenza e comprensione argomento: Conoscenza ottima
Capacità di analisi e sintesi: Ha notevoli capacità di analisi e di sintesi.
Utilizzo di referenze: Importanti approfondimenti.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Nomenclatura chimica
Descrivere le proprietà periodiche degli elementiConfigurazione 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 di Gibbs
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