114/94 - UniNa STiDuE

230/00
A.A. 2000/01
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI TRIESTE
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CORSO DI DIPLOMA
PROGRAMMA DEL CORSO DI
DOCENTE
INGEGNERIA LOG. E DELLA PRODUZ.
INGEGNERIA DEI MATERIALI - MATERIE
PLASTICHE
CHIMICA I – D.U.
prof. Dore Augusto CLEMENTE
COSTITUZIONE DELLA MATERIA
Cenni di Storia della Chimica. Sostanze ed elementi chimici, teoria di Dal ton e costituzione
della materia, i costituenti fondamentali dell’atomo: elettrone, protone e neutrone; numero
atomico, numero di massa, isotopi. Formula empirica e formula molecolare, concetti generali
sulla legge di Coulomb.
UNITA’ DI MISURA
Notazione scientifica e i sistemi di unità di misura di MKS, CGS, SI. Il sistema metrico: il metro
e le unità di lunghezza. Il chilogrammo e le unità di massa. Conversione di unità. Volume e
densità. Definizione delle grandezze elettriche di base: Coulomb e Statcoulomb, volt. Energia
cinetica e potenziale.
STECHIOMETRIA
Struttura atomica, massa atomica e massa molare. Il concetto di mole, la costante di Avogadro.
Formule ed equazione chimiche, esercizi relativi. Definizione di concentrazione, concentrazioni
molari.
TEORIA QUANTISTICA DELLA STRUTTURA ATOMICA
Natura ondulatoria della luce. Spettro dell’idrogeno atomico. Modello atomico secondo Bohr.
Inadeguatezza del modello di Bohr e nascita della nuova teoria quantistica, natura ondulatoria
dell’elettrone, relazione di De Broglie, analogia tra elettrone e fotone. Equazione d’onda di
Schröedinger e la particella in una scatola. Definizione di probabilità e principio di
Indeterminazione. L’atomo di Idrogeno e suoi orbitali, funzioni d’onda radiale ed angolari,
distribuzione della probabilità radiale per l’atomo di Idrogeno. I numeri quantici n, l, m, s.
Rappresentazione tridimensionale di un orbitale atomico. Atomi polielettronici, approssimazione
del potenziale medio, livelli energetici, effetto di schermo, sottolivelli energetici. Principio di
costruzione degli atomi (Aufbauprinzip), principio di esclusione di Pauli, regola di Hund,
configurazione elettronica degli atomi. Potenziale di Ionizzazione, carattere metallico, affinità
elettronica.
IL LEGAME CHIMICO SECONDO LA MECCANICA QUANTISTICA
Il legame ionico o polare, energia di Madelung. Formule empiriche e formule di struttura dei
cristalli ionici. Raggi ionici e loro periodicità. Esercizi sul legame ionico: NaCl, CaCl 2, CaF2.
Nomi e formule dei composti ionici. Il legame covalente e gli orbitali molecolari. La molecola di
H2+ ed H2. Sovrapposizioni permesse e non permesse, i due tipi principali di legame covalente σ
e π, cenni sul legame covalente δ. Orbitali molecolari per le molecole biatomiche omonucleari
come B2, C2, N2, O2 ecc… ed eteronucleari come CO, NO, HF ecc… L’integrale di risonanza β
ricavato empiricamente con il metodo di Schaeffer (Angular overlap).
TEORIE EMPIRICHE SUL LEGAME CHIMICO
Elettronegatività e polarità dei legami, carattere ionico. Numero di ossidazione. La regola
dell’ottetto, due otto e diciotto elettroni. Formule di Lewis per le molecole con soli legami
semplici e con legami multipli.
TEORIE EMPIRICHE SUL LEGAME CHIMICO E GEOMETRIA MOLECOLARE
Relazione tra stereochimica e natura del legame: la teoria della repulsione delle coppie di
elettroni dello strato di valenza (VSEPR) ed i modelli tridimensionali delle molecole. Orbitali
atomici ibridi sp, sp2, sp2.
LEGAME AD IDROGENO
Natura (essenzialmente) elettrostatica del legame ad idrogeno. Il legame ad idrogeno nell’acqua,
nell’ammoniaca e nell’acido fluoridrico. Cenni sul legame ad idrogeno negli acidi nucleici e
struttura del DNA.
STATO GASSOSO
Definizione di vapore e gas, la legge di Boyle, la legge di Charles e Gay-Lussac, la scala assoluta
di temperatura, l’equazione dei gas ideali, la legge di Dalton delle pressioni parziali, esercizi
sulle leggi dei gas.
REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE
Trasferimento di elettroni, sostanze ossidanti e riducenti. Comportamento degli alogeni come
ossidanti. La reazione di dismutazione. La reazione permanganato-acido ossalico, permanganatoione ferroso, bicromato o cromato-ione ferroso e Iodio-tiosolfato. Calcoli stechiometrici sulle
reazioni di ossido-riduzione.
EQUILIBRIO CHIMICO
Equilibrio stabile e metastabile. Legge dell’azione di Massa e costante di equlibrio (legge di
Guldeberg e Waage). Equlibri omogenei ed eterogenei. Principio di Le Châtelier. Equazione
dell’elettroneutralità ed equazioni del contenuto. Grado di dissociazione (α) relativi calcoli
stechiometrici in fase gassosa e liquida. Prodotto di solubilità, reazioni di precipitazione.
ACIDI E BASI
Definizione di acido e base. Costante di dissociazione. Coppia coniugata acido-base. Prodotto
ionico dell’acqua. La struttura del protone in acqua, lo ione idrossonio H3O+ e lo ione H9O4+ .
Calcoli stechiometrici sugli acidi e le basi deboli monoprotiche. Acidi e basi poliprolitiche.
Relazione tra forza di un acido o di una base e sua struttura molecolare. Soluzioni tampone e
loro scelta. Indicatori e misura del pH. Acidi e badi di Lewis. Indicatori e misura del pH.
Titolazioni e neutralizzazioni. Relativi calcoli stechiometrici.
COMPOSTI DI COORDINAZIONE
Definizione di composto di coordinazione e di numero di coordinazione. Geometria dei
composti di coordinazione con numero di coordinazione 2, 3, 4, 5, 6. Teoria del legame chimico
nei composti di coordinazione: a) il modello elettrostatico e la CFSE (energia di stabilizzazione
dovuta al campo cristallino) b) il modello covalente con speciale riferimento ai composti di
coordinazione ottaedrici. La serie spettrochimica. Proprietà magnetiche, configurazione
elettronica. Cenni sui composti di coordinazione degli ioni metallici nei sistemi biologici:
emoglobina, mioglobina e clorofilla.
STATO SOLIDO
Stato cristallino e stato vetroso. Forme e dimensioni dei cristalli. I reticoli cristallini e le loro
proprietà razionali. Strutture cristalline ed elementi di simmetria, assi propri (1, 2, 3, 4, 6) ed assi
impropri (3, 4, 6). Combinazioni permesse di elementi di simmetria: i gruppi puntuali e le classi
di simmetria. Gli elementi di simmetria con traslazione: assi di roto-traslazione (screw-assis) e
slitto-piani (glide-plane). I sette sistemi cristallini. Reticoli in tre dimensioni: i 14 reticoli
tridimensionali di Bravais. I / 230 gruppi spaziali, molteplicità, notazione di Wyckoff e
simmetria di sito, Tabelle Internazionali.
Tipi di solidi, cristalli ionici, cristalli molecolari, solidi a reticolo covalente, cristalli metallici. La
diffrazione dei Raggi-X e la struttura cristallina. Equazione di diffrazione di Bragg. Fattori di
struttura e densità elettronica.
ESPERIENZE PRATICHE DI LABORATORIO CHIMICO
Titolazione dell’idrossido di sodio (NaOH) con acido cloridrico (HCl). Titolazione dell’acido
ossalico con permanganato di potassio. Precipitazione di Fe(OH)3 con ammoniaca in soluzione
acquosa.