Chimica generale, inorganica e organica

A.A. 2015-2016
Corso di Laurea Triennale in
Ingegneria per la Sicurezza dell’Ambiente e del Lavoro
Chimica Generale, Inorganica e Organica, Moduli A e B
SIMONA GALLI (Modulo A), ANDREA PENONI (Modulo B)
Esercitazioni
(ore)
Laboratorio
(ore)
[inserire voce: es.
attività di campo;
seminari; uscite;…]
(ore)
Anno
Lingua
MODULO
CFU
SSD
Lezioni
(ore)
A
9
CHIM03
72
0
0
0
I
Italiano
B
6
CHIM06
48
0
0
0
I
Italiano
Obiettivi dell’insegnamento e risultati di apprendimento attesi
Il Modulo A del corso, implementato per essere adeguato a studenti di corsi di laurea
di tipo scientifico, propone un’ampia e puntuale introduzione ai principi basilari, teorici
e sperimentali della chimica generale, con frequenti richiami al mondo reale. 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) rappresentare
diagrammi degli orbitali molecolari per molecole biatomiche semplici; iv) eseguire
semplici calcoli di stechiometria (incluso il bilanciamento di reazioni). Infine, è
fondamentale apprendere a utilizzare proprietà periodiche, interazioni intermolecolari,
concetti di termodinamica, cinetica ed equilibrio chimico per l’interpretazione della
vasta fenomenologia della chimica generale.
Il Modulo B ha lo scopo di introdurre e sviluppare i concetti fondamentali di chimica
organica per studenti che abbiano propedeuticamente assimilato i fondamenti della
chimica generale ed inorganica. L’obiettivo che ci si pone è la conoscenza i) della
nomenclatura delle sostanze organiche e dei gruppi funzionali in chimica organica; ii)
della stereochimica delle molecole organiche e del loro orientamento tridimensionale
nello spazio; iii) della reattività dei composti e di come si possano favorire alcune
trasformazioni influenzando parametri cinetici e termodinamici; iv) della sintesi e dello
studio che concerne la possibilità di preparare composti organici di differente
complessità molecolare. Sarà inoltre importante l’acquisizione di concetti di chimica
dei composti naturali e la conoscenza delle principali classi di composti organici
naturali quali carboidrati, proteine, lipidi ed acidi nucleici.
Prerequisiti
È prerequisito fondamentale per affrontare le tematiche del Modulo A del corso la
conoscenza di nozioni e di fondamenti di base di matematica (e.g. equazioni di primo
e secondo grado, integrale, esponenziale, logaritmo, derivata, vettore, …) e di fisica
(e.g. i concetti di forza, pressione, velocità, energia potenziale, energia cinetica…).
Per il Modulo B si ritiene indispensabile aver compreso ed acquisito i concetti di
chimica generale (e.g. struttura elettronica, teoria del legame di valenza e degli
orbitali molecolari, formazione e rottura di legami, acidità e basicità,…) che sono
ritenuti propedeutici allo svolgimento ed alla comprensione della chimica organica.
Contenuti e programma del corso
I contenuti principali del Modulo A sono riassumibili come segue:
1. Definizioni di materia, stati di aggregazione, elemento, composto, miscela,
atomo, isotopo.
2. Evoluzione del modello atomico. Cenni di meccanica quantistica: equazione
d’onda di Schroedinger per atomi idrogenoidi e polielettronici; orbitale atomico;
spin elettronico; configurazioni elettroniche degli elementi.
3. La tavola periodica e le proprietà periodiche: raggi atomico, ionico, metallico,
covalente; energie di ionizzazione, affinità elettroniche, elettronegatività.
4. Il legame ionico: energia reticolare, ciclo di Born-Haber. Il legame covalente:
formule di Lewis e loro eccezioni; legame covalente parzialmente polare, dativo
e coordinativo. Teoria ‘Valence Shell Electron Pair Repulsion’. Modello
dell’orbitale ibrido di legame. Modello dell’orbitale molecolare. Il legame
metallico: teoria del mare di elettroni; teoria delle bande per metalli e
semiconduttori.
5. Stati liquido, solido e gassoso. Transizioni di fase e diagrammi fase.
6. Termodinamica chimica: entalpia, entropia, energia libera di Gibbs; primo,
secondo e terzo principio della termodinamica.
7. Equilibrio chimico: costanti termodinamiche di equilibrio; principio di Le
Chatelier.
8. Cinetica chimica: velocità di reazione; reazione di ordine primo, secondo, zero;
equazione di Arrhenius; teoria ‘delle collisioni’ e ‘del complesso attivato’.
9. Acidi e basi: definizioni di Arrhenius, Broensted, Lewis; equilibri acido-base;
costanti di ionizzazione acida e basica; scala di pH. pH di soluzioni acquose di
acidi forti, di acidi deboli, di basi forti, di basi deboli; titolazioni.
10.Cenni di radiochimica e chimica nucleare.
11.Equilibri di solubilità in acqua. Sali poco solubili: l’effetto dello ione comune;
effetto della dissoluzione di un sale sul pH in soluzione acquosa.
12.Cenni di elettrochimica.
13.Stechiometria: il rapporto tra massa e mole; il bilanciamento delle reazioni; la
preparazione di soluzioni non reattive o reattive; lo svolgimento di reazioni in
assenza o in presenza di agente limitante.
I contenuti principali del Modulo B sono riassumibili come segue:
1. Cosa è la chimica organica. Nomenclatura. Strutture organiche e gruppi
funzionali
2. Classi di composti organici: alcani, alcheni, alchini, dieni, composti aromatici,
alogenuri alchilici, composti organometallici, alcoli, fenoli, eteri, tioli, solfuri,
aldeidi e chetoni, ammine, nitrocomposti, derivati eterociclici, acidi carbossilici e
loro derivati.
3. Le reazioni organiche. Reazioni di addizione nucleofila, di addizione elettrofila, di
eliminazione, di sostituzione nucleofila, di sostituzione elettrofila aromatica,
reazioni di sostituzione nucleofila acilica
4. Le reazioni di sostituzione in alfa al carbonile e le reazioni di condensazione
5. Acidità e basicità e pKa.
6. Delocalizzazione e coniugazione
7. La stereochimica dei composti tetraedrici
8. Le reazioni di cicloaddizione, le reazioni radicaliche.
9. La chimica della vita e le biomolecole: i carboidrati, gli amminoacidi, i peptidi, le
proteine, i lipidi e gli acidi nucleici
10.Fonti energetiche alternative. Chimica verde: approcci eco-compatibili alla
risoluzione delle principali emergenze ambientali
Tipologia delle attività didattiche
Le attività didattiche del Modulo A e del Modulo B constano esclusivamente di lezioni
frontali.
Testi e materiale didattico
Il Modulo A ed il Modulo B dell’insegnamento non prevedono l’adozione di un unico
testo di riferimento. I docenti consigliano un insieme di testi di chimica generale, di
chimica organica e dell’ambiente di livello universitario in lingua italiana o inglese, tra i
quali gli studenti possono scegliere quello a loro più congeniale. L’insieme di testi
suggeriti non viene citato in questa sede in quanto può variare ogni A.A., in funzione
dell’uscita eventuale di nuove pubblicazioni. A integrazione delle lezioni, i docenti
forniscono le slides proiettate, che sono da considerarsi linee guida allo studio, non già
materiale sostitutivo di un libro di testo.
Modalità di verifica dell’apprendimento
Ciascuno dei due Moduli dell’insegnamento prevede una prova finale con attribuzione
di un voto. L’esito di ogni prova è in trentesimi: la prova si ritiene superata se il
candidato ottiene una votazione pari ad almeno 18/30. Il voto finale è la media,
pesata sul numero di crediti, dell’esito delle due prove.
La prova relativa agli argomenti del Modulo A è un esame scritto delle durata di 3 ore.
Si tratta di quesiti a risposta multipla in numero sufficiente a coprire tutti gli
argomenti svolti a lezione, inclusi gli esercizi di stechiometria. A ogni risposta corretta
viene attribuito 1 punto, mentre alle risposte sbagliate viene attribuito punteggio
nullo.
La prova relativa al Modulo B è un esame scritto della durata di circa 2-2,5 ore in cui
vi saranno domande in forma aperta, quesiti a risposta breve ed anche domande a
risposta multipla sull’intero programma svolto durante il corso. A ogni risposta
corretta viene attribuito un punteggio, mentre alle risposte sbagliate viene attribuito
punteggio nullo.
Il punteggio totale acquisito dal candidato in ogni prova scritta viene normalizzato in
modo da essere espresso in trentesimi. A seguito della pubblicazione dei voti, i docenti
del Modulo A e del Modulo B offrono la possibilità, molto spesso disattesa, di visionare
gli scritti, convocando ad hoc i candidati.
Orario di ricevimento
Il docente riceve per appuntamento da concordare via e-mail.
Calendario delle attività didattiche
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Appelli d'esame
Collegamento ipertestuale alla bacheca appelli