COMPLEMENTI DI CHIMICA CFU 5 (50 h) DOCENTE: prof.ssa Lo Schiavo Sandra [email protected] Dipartimento di Chimica inorganica, chimica analitica e chimica fisica CFU 5 = 50 h di insegnamento N. ore Lezioni/Esercitazioni N. ore Lezioni/Laboratorio Totale ore Didattica N. ore Studio Individuale Totale Impegno Orario 20 30 50 75 125 PARTE INTRODUTTIVA - La natura della materia. Gli stati della materia. - La struttura atomica. Fallimento della fisica classica e la meccanica ondulatoria. Le proprietà perodiche. Legame chimico: legame ionico e legame covalente. La struttura molecolare: modello VSPR. Teoria del legame di valenza e degli orbitali molecolari. Composti di coordinazione. Gli elementi di transizione. Composti di coordinazione. Agenti chelanti. EDTA. Gli stati della materia e loro proprietà. Le reazioni chimiche: aspetti quantitativi, termodinamici e cinetici. PARTE I Cenni di Chimica nucleare. Energia di legame nucleare. Stabilità dei nuclei. Reazioni di decadimento nucleare. Fissione e fusione nucleare. Applicazioni di radionuclidi. La radioattività. La radiochimica e l'ambiente. Il radon. Radionuclidi nell' ambiente acquatico. PARTE II I° principio della Termodinamica Sistemi termodinamici. Le variabili termodinamiche. Le funzioni di stato. Calore, lavoro, energia interna e primo principio della termodinamica. L'entalpia. Cp e Cv. Termochimica. Determinazione dei calori di reazione. Bomba calorimetrica. Entalpie standard. L'entalpia nei cambiamenti chimici e fisici. Legge di Hess. Entalpie standard di formazione. Energie di legame. Cicli termochimici. Secondo e terzo principio della termodinamica. Entropia. Definizione statistica e termodinamica dell'entropia. Variazione di entropia nell'ambiente. Il secondo principio della termodinamica. Entropia nelle trasformazioni irreversibili. Le funzioni di Helmholtz e di Gibbs e lavoro massimo. L'entropia nelle transizioni di stato. Variazione di entropia nelle trasformazioni più comuni. Terzo principio della termodinamica ed entropia assoluta. Criterio per l'equilibrio e la direzione della trasformazione in sistemi chiusi ed aperti (equazione di Gibbs). Potenziale chimico. Funzione di Gibbs molare standard. Dipendenza della funzione di Gibbs dalla temperatura (equazione di Gibbs Helmholtz) e dalla pressione. Gas reali e fugacità. Stato standard dei gas reali. Misura delle fugacità. Gli equilibri di fase. Equazione di Clausius-Clapeyron. Curve limite fra fasi (solido-liquido, liquido-vapore, solido-vapore). Determinazione dell'entalpia di transizione. Diagramma di stato did H20 e di CO2. Le miscele. Grandezze molari parziali. Volume molare parziale. Funzione di Gibbs molare parziale. La regola delle fasi. Funzione di Gibbs di mescolamento per i gas ideali. Sistemi ideali e reali. Potenziale chimico dei liquidi: soluzioni ideali. Equilibrio liquido-vapore. Leggi di Raoult e di Henry. Le proprietà colligative. La solubilità. Soluzioni reali ed attività (Attività del solvente. Attività del soluto. Determinazione dell'attività per un soluto non volatile.) Attività e molalità. Miscele di liquidi volatili. Distillazione. Reazioni chimiche. Reazioni chimiche spontanee. Grado di avanzamento di una reazione. La funzione di Gibbs di reazione. Costanti di equilibrio e loro dipendenza da pressione e temperatura. Equazione di van't Hoff. Le reazioni accoppiate. La termodinamica dell'ATP. Il metabolismo aerobico ed anerobico Cenni di ELETTROCHIMICA Conduttometria Dissociazione elettrolitica. Conducibilità elettrica delle soluzioni elettrolitiche. Celle di conducibilità. Conducibilità specifica. Conducibilità equivalente. Le celle elettrochimiche. L'elettrochimica dell' equilibrio. Celle elettrochimiche. Semi-reazioni ed elettrodi. Relazione - Equazione di Nerst. Variazione della forza elettromotrice con la temperatura standard e standard biologica. Elettrodi a membrana e pH-metro. Cenni di CINETICA CHIMICA Cenni alla teoria cinetica dei gas. Velocità di reazione. Tecniche Sperimentali. Equazione cinetica. Ordine di reazione. Determinazione dell'ordine di reazione. Reazioni elementari e molecolarità. Equazione di Arrhenius. Reazioni consecutive. Approssimazione dello stato stazionario. Meccanismo di pre-equilibrio. Meccanismo di Michaelis-Menten. Reazioni unimolecolari. Energia di attivazione apparente. Teoria degli urti per la costante di velocità. Reazioni in soluzione. Teoria del complesso attivato Entalpia ed entropia di attivazione. PARTE III Argomenti di Chimica ambientale. Proprietà generali dei singoli gruppi e chimica degli elementi più rappresentativi: H, Si, N, P, O, S, Cl, F. Specie inquinanti delle acque: Metalli pesanti e loro complessi; cadmio e arsenico, stagno e suoi complessi, l'asbesto (amianto), fosfati, gli ossidi del carbonio e di zolfo, ossidi di azoto. Cenni di chimica dell'atmosfera. Le reazioni fotochimiche. Smog fotochimico. I clorofluorocarburi. L'SO2 e le piogge acide.