Insegnamento
Chimica generale
Livello e corso di studio
Laurea Triennale in Ingegneria Civile L-7, Laurea Triennale in Ingegneria Industriale L-9
Settore scientifico
disciplinare (SSD)
ING-CHIM/03
Anno di corso
1
Numero totale di
crediti
9
Propedeuticità
Docente
Obiettivi formativi
Per il corso di “Chimica generale” non sono previste propedeuticità nell’ambito della Laurea Triennale in
Ingegneria Civile/Industriale. È richiesta la conoscenza della matematica di base (derivate, calcolo integrale,
logaritmi) e di alcune nozioni di fisica, anch’esse di base (forza di gravità, onde elettromagnetiche, campo
elettrico).
Stefano Cinti
Facoltà: Ingegneria
Nickname: stefano.cinti
Email: [email protected] (da utilizzare solo per comunicazioni interne e amministrative)
Orario di ricevimento:
Consultare calendario videoconferenze sul sito d’Ateneo.
Lo scopo del corso di chimica generale è quello di fornire agli studenti degli strumenti con cui decifrare la loro
esperienza quotidiana con la “chimica”. Verranno forniti i principi fondamentali della chimica generale,
utilizzando degli esempi e casi di studio che siano riconducibili a fenomeni che ognuno conosce, ma che ancora
non comprende pienamente dal punto di vista chimico. Inoltre, il corso prevede di fornire agli studenti i mezzi
necessari per la risoluzione di semplici problemi di chimica generale.
I risultati d’apprendimento attesi sono i seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
- comprensione delle grandezze fisiche usate per caratterizzare una generica antenna, sia in modalità trasmittente
che ricevente;
- comprensione delle le tecniche analitiche utilizzate per l’analisi delle varie tipologie di antenne;
- conoscenza delle metodologie di analisi e di progetto delle tipologie più diffuse di antenne e di allineamenti di
antenne, dei rispettivi principi di funzionamento, delle loro caratteristiche e dei loro vantaggi e svantaggi;
- comprensione delle modalità di propagazione del campo elettromagnetico in spazio libero in relazione alla
banda di frequenze utilizzata, sia per applicazioni terresti che satellitari;
- comprensione dei rudimenti della teoria radar.
Conoscenze e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding)
- capacità di dimensionare un collegamento radio e un semplice sistema radar;
- capacità di analisi e di sintesi di un’antenna lineare, di un’antenna a loop, di un allineamento di antenne e di
un’antenna ad apertura in base a determinate specifiche progettuali;
Autonomia di giudizio (making judgements)
- capacità di scegliere una opportuna tipologia di antenne in base alle specifiche progettuali e alle caratteristiche
ambientali per comunicazioni terrestri e satellitari;
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- capacità critica di interpretare i risultati ottenuti durante lo svolgimento di un esercizio numerico sia in termini
di coerenza fisica sia in termini di fattibilità ingegneristica della soluzione individuata.
Abilità comunicative (communication skills)
- sviluppo di un linguaggio scientifico corretto e comprensibile che permetta di esprimere in modo chiaro e privo
di ambiguità le conoscenze tecniche acquisite nell’ambito della teoria delle antenne e della teoria della
propagazione del campo elettromagnetico in spazio libero.
Capacità di apprendere (learning skills)
- capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di problemi non familiari che abbiano come
oggetto la trasmissione e la ricezione di informazioni su portante elettromagnetica.
Prerequisiti
Conoscenza dei fondamenti di base dell’analisi matematica e di fisica.
Contenuti del corso
Introduzione (Lezione 0)
Il metodo scientifico; chimica; di cosa si occupa il chimico.
Modulo 1: Gli atomi
Leggi ponderali (Lavoisier, Proust, Dalton); evoluzione dei modelli atomici; principi di meccanica quantistica
(quanti, fotoni, dualismo "onda-particella", relazione di De Broglie, principio di indeterminazione, funzioni
d'onda); numeri quantici; orbitali atomici; configurazione elettronica (principio di esclusione di Pauli, principio di
Aufbau, regola di Hund); definizioni (massa atomica, isotopi, numero di Avogadro, mole); sistema periodico e
proprietà degli elementi.
Modulo 2: Legami chimici
Legami ionici; legami covalenti (strutture di Lewis, risonanza); regola dell'ottetto (doppietto); forza e lunghezza
dei legami covalenti; legami metallici (cenni).
Modulo 3: Modelli della forma molecolare
Modello VSEPR; modello del legame di valenza (orbitali s,p, ibridazione); metodo LCAO (molecola H2).
Modulo 4: Nomenclatura chimica
Valenza; numero di ossidazione; nomenclatura tradizionale ed ufficiale (IUPAC); nomenclatura dei composti
binari e dei composti ternari.
Modulo 5: Stato gassoso
Osservazione dei gas; pressione; leggi empiriche dello stato gassoso; equazione di stato dei gas ideali; miscele
gassose (pressioni e volumi parziali); gas reali (cenni).
Modulo 6: Stati di aggregazione condensati
Forze intermolecolari (ione-dipolo, dipolo-dipolo, dispersione di London, van der Waals, legame Idrogeno);
viscosità; tensione superficiale; strutture di solidi (metallici, ionici, molecolari); esempi in natura.
Modulo 7: Elementi di termodinamica
Definizioni (sistemi aperti, chiusi, isolati); I principio (calore, lavoro, energia interna, entalpia, legge di Hess); II
principio (entropia, interpretazione statistica); III principio (energia libera, concetto di spontaneità di una
reazione).
Modulo 8: Equilibri fisici
Fasi e transizioni di stato (tensione di vapore, ebollizione, equazione di Clausius-Clapeyron); diagramma di stato
(acqua, punto triplo); solubilità (temperatura, entalpia, energia libera); proprietà colligative (molalità,
abbassamento pressione di vapore, abbassamento crioscopico, innalzamento ebullioscopico).
Modulo 9: Equilibri chimici
Equilibrio (reversibilità di una reazione, legge dell'azione di massa, costanti di equilibrio); grado avanzamento di
una reazione; verso di svolgimento; spostamento dell'equilibrio (aggiunta/sottrazione di reagenti, pressione,
temperatura).
Modulo 10: Acidi e basi, equilibri in soluzione
Definizioni (Arrhenius, BrØnsted-Lowry, Lewis); reazioni acido-base; coppie coniugate; costanti di acidità e
basicità; scala del pH; tamponi; autoprotolisi dell’acqua; titolazioni (acido forte-base forte, acido/base fortebase/acido debole, acido debole-base debole); indicatori; prodotto di solubilità.
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Modulo 11: Elettrochimica
Reazioni di ossido-riduzione; potenziale standard di riduzione (E°); celle galvaniche (pila Daniell, costruzione di
pile); equazione di Nernst; elettrolisi (leggi di Faraday, applicazioni).
Gli studenti che devono sostenere l'esame di Chimica generale con un numero ridotto di CFU, poiché
parzialmente riconosciuto all’atto dell’immatricolazione (c.d. integrazioni), sono pregati di contattarmi in
piattaforma ed inviarmi il programma dell’esame già sostenuto, affinché io possa valutare i moduli per il
sostenimento dell’esame in forma ridotta.
Materiali di studio
Teoria
i.
ii.
iii.
iv.
Slides del docente
P. Silvestroni, "Fondamenti di Chimica", Ed. Veschi
P. Atkins, L. Jones, "Principi di Chimica", Ed. Zanichelli
Brain B. Laird, "Chimica generale", Ed. McGraw-Hill
Esercizi
i. Esercizi del docente
ii. F. Cacace, M. Schiavello, "Stechiometria", Ed. Bulzon
Prove di esame
È presente una cartella che contiene tutte le prove di esame precedentemente svolte. Tutte le prove contengono
risoluzione e spiegazione di ogni passaggio per garantire agli studenti un apprendimento più facilitato.
Esercitazioni in Aula
È presente una cartella che contiene tutte le esercitazioni svolte in aula. Queste sono delle esercitazioni che
seguono lo svolgimento del corso, e contengono esercizi di diverse difficoltà accompagnati dalla risoluzione del
docente.
Metodi didattici
Il corso è sviluppato attraverso le lezioni preregistrate audio-video che compongono, insieme alle
slides/dispense, i materiali di studio disponibili in piattaforma.
Sono poi proposti degli esercizi risolti e dei test di autovalutazione, di tipo asincrono, che corredano le lezioni
preregistrate e consentono agli studenti di accertare sia la comprensione, sia il grado di conoscenza acquisita dei
contenuti di ognuna delle lezioni.
Sono altresì disponibili lezioni in web-conference programmate a calendario che si realizzano nei periodi
didattici e testi di appelli d’esame precedenti, utili per prendere confidenza con la tipologia d’esame scritto.
La didattica si avvale, inoltre, di forum (forum generale, classe virtuale e classe di recupero) disponibili in
piattaforma che costituiscono uno spazio di discussione asincrono, dove il docente individua i temi e gli
argomenti più significativi dei vari moduli del corso e interagisce con gli studenti iscritti proponendo lo
svolgimento di esercizi.
Forum generale
All’interno della piattaforma è presente un forum di carattere generale dove è possibile esporre qualsiasi tipo di
problema, sia dal punto di vista del materiale del corso, approfondimenti e anche per quel che riguarda
l’organizzazione delle lezioni ed esami.
Classe Virtuale
All’interno di questo di questo spazio vengono inserite in modo sistematico (ogni 14 giorni) delle attività che
seguono il corso di studio. Questo spazio consente agli studenti di confrontarsi, di rispondere ai quesiti
proposti dal docente, in modo da offrire punti di riflessione come in una “aula fisica”. Il docente fornisce le
spiegazioni corrette per la risoluzione e l’apprendimento del modulo specifico.
Classe di Recupero
Questo spazio è utile per chi non ha superato il precedente appello di chimica generale. In questo spazio vengono
inserite delle simulazioni delle prove di esame, quindi gli studenti possono esercitarsi con prove che
rappresentano una falsa riga dell’esame finale. Anche in questo caso, il docente fornisce le giuste risposte e le
modalità per il superamento ed apprendimento degli argomenti del corso.
Modalità di verifica
dell’apprendimento
L’esame consiste di norma nello svolgimento di una prova scritta tendente ad accertare le capacità di analisi e
rielaborazione dei concetti acquisiti.
La prova scritta prevede 1 domanda di teoria e 4 esercizi numerici da svolgere in 90 minuti. Ciascuno dei 5
quesiti ha un punteggio di 6 punti, per un totale di 30 punti. L’assegnazione della lode dipende dalla modalità di
spiegazione dei concetti teorici e dalla modalità di risoluzione all’interno di ogni singola prova di esame.
Gli argomenti delle domande di teoria e degli esercizi numerici possono riguardare tutti i moduli del corso.
Per lo svolgimento degli esami è consentito solamente l'utilizzo di una calcolatrice (non è consentito utilizzare la
calcolatrice presente come applicazione nei telefoni cellulari e/o altri dispositivi elettronici, es. tablet, pc).
In piattaforma vengono caricate le prove di esame risolte dal docente, assegnate nei precedenti appelli.
Programma esteso e materiale didattico di riferimento
Modulo 1 – Lezione 1
Leggi ponderali, teoria atomica di Dalton.
Materiali didattici a cura del docente
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Modulo 1 – Lezione 2
Teoria atomica di Thomson, esperimento di Millikan, teoria atomica di Rutherford, introduzione alla meccanica
quantistica, teoria atomica di Bohr.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 1 – Lezione 3
Teoria atomica di Bohr, dualismo onda-particella, equazione di Schroedinger, numeri quantici.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 1 – Lezione 4
Numeri quantici, orbitali, configurazione elettronica, principio di Aufbau, isotopi, mole, numero di Avogadro.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 1 – Lezione 5
Interpretazione della tavola periodica degli elementi.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 – Lezione 1
Legame ionico, ciclo di Born-Haber, concetto di doppietto e ottetto elettronico.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 – Lezione 2
Legame covalente, strutture di Lewis, strutture di risonanza.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 – Lezione 3
Formule di risonanza, eccezioni alla regola dell’ottetto.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 2 – Lezione 4
Forza di legame, lunghezza di legame, legame metallico, legami con più contributi.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 3 – Lezione 1
Modello VSEPR.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 3 – Lezione 2
Modello del legame di valenza, ibridazione.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 3 – Lezione 3
Ibridazione negli idrocarburi.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 3 – Lezione 4
Modello degli orbitali molecolari.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 4 – Lezione 1
Nomenclatura, calcolo dei numeri di ossidazione.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 5 – Lezione 1
Pressione, barometro di Torricelli.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 5 – Lezione 2
Leggi empiriche dello stato gassoso, equazione di stato dei gas ideali.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 5 – Lezione 3
Miscele gassose, gas reali, equazione del viriale (approssimazione di van der Waals).
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 6 – Lezione 1
Forze intermolecolari (ione-dipolo, dipolo-dipolo, dispersione di London, van der Waals).
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 6 – Lezione 2
Forze intermolecolari (legame Idrogeno), viscosità, tensione superficiale, strutture di solidi.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 – Lezione 1
Definizioni (sistemi aperti, chiusi, isolati), energia interna, espansione isoterma reversibile/irreversibile.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 – Lezione 2
Calore, calorimetro, I principio della termodinamica.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 – Lezione 3
Energia interna, funzione di stato, entalpia.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 – Lezione 4
Entalpia, legge di Hess, concetto di entropia.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 – Lezione 5
II principio della termodinamica, entropia, interpretazione statistica dell’entropia (Boltzmann).
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 7 – Lezione 6
III principio, energia libera, spontaneità di una reazione.
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Materiali didattici a cura del docente
Modulo 8 – Lezione 1
Fasi e transizioni di stato, tensione di vapore, ebollizione, equazione di Clausius-Clapeyron.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 8 – Lezione 2
Diagramma di stato (acqua, punto triplo), solubilità.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 8 – Lezione 3
Solubilità di gas e solidi (temperatura, entalpia, energia libera), legge di Henry.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 8 – Lezione 4
Proprietà colligative (molalità, abbassamento pressione di vapore, abbassamento crioscopico, innalzamento
ebullioscopico).
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 – Lezione 1
Equilibrio (reversibilità di una reazione, legge dell'azione di massa, costanti di equilibrio, origine termodinamica
della costante di equilibrio).
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 – Lezione 2
Origine termodinamica della costante di equilibrio, costante delle pressioni parziali.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 – Lezione 3
Quoziente di reazione, grado avanzamento di una reazione, verso di svolgimento.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 9 – Lezione 4
Spostamento dell'equilibrio (aggiunta/sottrazione di reagenti, pressione, temperatura), calcolo della costante di
equilibrio, principio di Le Chatelier.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 – Lezione 1
Acidi e basi, definizioni di Arrhenius, BrØnsted-Lowry, Lewis.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10– Lezione 2
Reazioni acido-base, coppie coniugate, costanti di acidità e basicità, scala del pH.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 – Lezione 3
Calcolo del pH, acidi poliprotici.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 – Lezione 4
Calcolo del pH, autoprotolisi dell’acqua.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 – Lezione 5
Soluzione tampone.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 – Lezione 6
Titolazioni (acido forte-base forte, acido/base forte-base/acido debole, acido debole-base debole).
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 – Lezione 7
Indicatori, prodotto di solubilità.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 10 – Lezione 8
Prodotto di solubilità, effetto ione a comune, precipitazione.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 11 – Lezione 1
Introduzione elettrochimica, reazioni di ossido-riduzione.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 11 – Lezione 2
Bilanciamento di una reazione di ossido-riduzione.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 11 – Lezione 3
Pila Daniell, catodo, anodo, potenziali standard di riduzione, forza elettromotrice.
Materiali didattici a cura del docente
Modulo 11 – Lezione 4
Calcolo forza elettromotrice, equazione di Nernst, spontaneità di una reazione di ossido-riduzione, elettrolisi.
Materiali didattici a cura del docente
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