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

Sono richieste conoscenze di base di matematica e fisica quali operazioni con numeri reali, risoluzioni di equazioni di I e II grado, equazione della retta.

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

1) Petrucci, Herring, Madura, Bissonnette - Chimica Generale-Principi ed applicazioni moderne

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

 ArgomentiRiferimenti testi
1Presentazione 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
2Teoria 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. - EserciziLe 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
3Struttura elettronica degli elementi. - Proprietà periodiche: - raggi atomici; - potenziale di ionizzazione; - affinità elettronicaLe 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
4Regola dell'ottetto. - Simboli di Lewis. - Legame metallico e legame ionico. - Legame covalente: Omeopolare, eteropolare e dativo. - EserciziLe 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
5Eccezioni alla regola dell'ottetto; - Energia nel legame covalente; - Legame covalente-polare; - ElettronegativitàLe 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
6Geometria molecolare VSEPR; - Introduzione al legame di valenza (VB). - Descrizione di N2, H2O; CH4, C2H2 e C2H4 con la teoria VBLe 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
7Regole 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-EserciziLe 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
8Formule 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; - eserciziLe 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
9Stati 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 gassoseLe 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
10Gas 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 CO2Le 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
11Soluzioni - Natura, entalpia di soluzione. -Definizioni delle concentrazioni*: frazione molare, molarità, molalità- EserciziLe 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
12Tensione di vapore delle soluzioni: - soluzioni a comportamento ideale - Legge di Raoult. - Proprietà Colligative: - Abbassamento tensione di vapore; Innalzamento ebulloscopico; - Abbassamento crioscopico; - Pressione osmotica. - EserciziLe 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
13Equilibrio 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.-EserciziLe 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
14Autoprotolisi 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
15Equilibri 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. -EserciziLe 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
16Chimismo inorganico gruppi s-pLe 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
17Chimica 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
19Alcheni, 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
20Reazioni 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 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 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