CHIMICA E MATEMATICA

14 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

VINCENZO CUNSOLO - Modulo CHIMICA - CHIM/06 - 8 CFU
CRISTINA LUCIA MILAZZO - Modulo MATEMATICA - MAT/04 - 6 CFU

Obiettivi formativi

CHIMICA
Tutti gli argomenti del programma afferiscono all'area delle conoscenze propedeutiche.

Il corso ha l’obiettivo di fornire allo studente i contenuti di base per conoscere e comprendere il linguaggio della chimica. In particolare, il corso ha come obiettivi:

- quello di fornire una chiave di lettura chimica per la comprensione dei fenomeni naturali;

- la conoscenza delle principali classi di molecole inorganiche e la loro reattività

- l’individuazione, scrittura e denominazione delle principali classi di molecole organiche, incluse le biomolecole

- la comprensione della struttura tridimensionale delle molecole organiche con particolare riguardo alle loro proprietà stereochimiche;

- le relazioni struttura-proprietà-reattività dei composti organici di base

L'insieme dei concetti e delle conoscenze fondamentali di Chimica acquisite dallo studente al termine del corso serviranno come base per l'apprendimento delle materie con contenuto chimico del triennio del CdL

Gli studenti, al termine delle lezioni, dovranno aver acquisito le seguenti abilità:

- Orientamento sulla tavola periodica con le principali proprietà degli elementi.

- Familiarità con la nomenclatura e le proprietà acido-base dei composti chimici più comuni.

- Capacità di discutere i vari tipi di legame chimico in alcuni composti.

- Realizzare il bilanciamento delle reazioni, incluse le reazioni redox.

- Procedere correttamente con i calcoli stechiometrici.

- Capacità di eseguire calcoli per gli equilibri acido-base in soluzione acquosa.

- Capacità, data una formula di struttura, di attribuire il nome IUPAC ad un composto organico o, avendo il nome risalire alla formula.

- Capacità di riconoscere le principali caratteristiche strutturali e di reattività delle classi più comuni di composti organici, incluse le classi principali di biomolecole.
MATEMATICA
Il corso ha come obiettivo sia la formazione logico-matematica di base, intesa anche come capacità di comprendere percorsi ipotetico-deduttivi, che quello di fornire strumenti applicativi di calcolo. Il corso intende fornire agli studenti concetti di matematica di base, verranno inoltre fornite le nozioni di base del calcolo difernziale e integrale che serviranno per la comprensione di alcune discipline di indirizzo. L'efficace formalismo sarà introdotto gradualmente, valorizzando l'intuizione visiva e seguendo un approccio operativo. Gli studenti verranno stimolati nell'apprendimento dei metodi e dei risultati di matematica e verrà sviluppata la loro capacità di utilizzo della stessa per la risoluzione di problemi. Verrà inoltre fornita un'idea concreta, attraverso vari esempi ed applicazioni, dell'importanza della matematica nelle applicazioni.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

CHIMICA
Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.

In particolare, l'insegnamento consiste di 70 ore di lezioni in aula, per le quali il docente si avvale di slides che saranno rese disponibili agli studenti tramite la piattaforma STUDIUM.

Durante il corso inoltre alcune lezioni saranno dedicate esclusivamente allo svolgimento di esercizi in aula sulla base degli argomenti trattati a lezione.
MATEMATICA
Le lezioni si terranno in un'aula del Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente in Via Santa Sofia 100.

Prerequisiti richiesti

CHIMICA
Concetti base di chimica e matematica delle scuole superiori
MATEMATICA
Conoscenze di elementi di matematica previsti dalle indicazioni nazionali per la scuola secondaria di secondo grado.

Frequenza lezioni

CHIMICA
La frequenza del corso non è obbligatoria ma fortemente consigliata (vedi Regolamento didattico del CdS in Scienze e Tecnologie Agrarie - L25)
MATEMATICA
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria ma vivamente consigliata.

Contenuti del corso

CHIMICA
PROGRAMMA

(I PARTE)

Introduzione alla chimica. La materia e l’energia. Classificazione della materia. Elementi e composti. Proprietà della materia. Gli stati della materia. Trasformazioni chimiche e fisiche. Grandezze e unità di misura. Il sistema metrico internazionale.

La struttura dell’atomo. Evoluzione del concetto di struttura dell’atomo. Protoni, elettroni e neutroni. Cenni sulla struttura dell’atomo secondo la meccanica quantistica: Dal concetto di orbita al concetto di orbitale. Numeri quantici e tipologia di orbitali atomici. I livelli energetici. Il principio di Aufbau. Il principio di esclusione di Pauli. Il Principio di Hund. Il riempimento degli orbitali atomici.

La tavola periodica. Numero atomico. Isotopi. Numero di massa. Peso atomico. Massa atomica relativa. Configurazione elettronica degli atomi e periodicità delle proprietà chimiche. La tavola periodica e le sue caratteristiche. Energia di ionizzazione ed affinità elettronica.

ll legame chimico. Elettroni di valenza e configurazione di Lewis. Classificazione dei legami chimici. Legami σ e π. Polarità dei legami covalenti ed elettronegatività. Legame dativo o di coordinazione. Ibridazione sp³, sp², sp. Teoria delle risonanza. Legami intermolecolari e forze di Van der Waals. Il “legame” a idrogeno. Interazioni tra molecole apolari.

I composti chimici. Composti ionici e composti molecolari. Formule, nomenclatura e proprietà dei composti. Il numero di ossidazione. Composti binari: idruri, ossidi, perossidi e idracidi. Composti ternari: ossiacidi e idrossidi. I Sali.

Le reazioni chimiche. L’equazione chimica e il loro bilanciamento. Le Reazioni redox. La mole. Massa molare. I calcoli delle quantità che reagiscono: la stechiometria. L’equilibrio chimico. La costante di equilibrio. I calcoli stechiometrici nelle reazioni d’equilibrio. Il principio di Le Chatelier. La dissociazione dell’acqua. Il prodotto ionico dell’acqua. Reazioni in soluzione acquosa. pH e pOH. Gli acidi e le basi. Acidi e basi forti. Acidi e basi deboli. Il calcolo del pH. Le soluzioni tampone.

Le soluzioni (cenni). Perché le sostanze si sciolgono. La concentrazione delle soluzioni. Le proprietà colligative. Tensione di vapore, innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico. Osmosi e pressione osmotica.

(II PARTE)

La chimica del carbonio. I composti organici. Classificazione dei composti organici e gruppi funzionali. Nomenclatura IUPAC dei composti organici. Rappresentazione delle molecole sul piano e nello spazio.

La Stereochimica. L’isomeria. Isomeria costituzionale. La stereoisomeria: isomeria conformazionale e configurazionale. La chiralità. Stereocentri. Enantiomeri. Attività ottica. Nomenclatura R, S e D, L. Diasteroisomeri. Composti meso. Isomeria geometrica: l’isomeria cis/trans.

Le reazioni in chimica organica. Cenni sui meccansimi di reazione. Carbocationi, carbanioni e radicali alchilici. Reazioni di sostituzione, eliminazione e di addizione. Reazioni acido-base e reazioni redox di composti organici. Reazioni regio selettive, stereo selettive e stereospecifiche.

Alcani. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Isomeria costituzionale. Cenni su fonti e reazioni: la sostituzione radicalica.

Alcheni. Nomenclatura. Isomeria cis-trans. Proprietà fisiche. Cenni su dieni, trieni e polieni. Gli Alcheni in natura e terpeni. Reattività del doppio legame carbonio-carbonio: la razione di addizione negli alcheni.

Alchini. Nomenclatura. Acidità degli alchini. La reazione di addizione negli alchini. Addizione di acidi alogenidrici e di alogeni. Riduzione ad alcani.

Gli idrocarburi aliciclici (cenni). Cicloalcani e cicloalcheni.

Alogenuri alchilici. Struttura e nomenclatura. Reazioni degli alogenuri alchilici: cenni sulla sostituzione nucleofila (S_N1 e S_N2). Cenni sulle reazioni di eliminazione (E1 ed E2). Competizione tra le reazioni di sostituzione ed eliminazione.

Alcoli. Struttura e nomenclatura. Caratteristiche fisiche: il legame ad idrogeno. Reattività del gruppo alcolico: trasformazione in alcheni (reazione di eliminazione); conversione in alogenuri alchilici (reazione di sostituzione); ossidazione degli alcoli; esterificazione di Fisher; formazione di semiacetali. Poliacoli e tioli (cenni).

Eteri, epossidi e solfuri (cenni). Nomenclatura. Eteri ciclici ed epossidi.

Composti aromatici. Struttura del benzene. Aromaticità. Nomenclatura. Reattività dell’anello benzenico. La sostituzione elettrofila aromatica: reattività e orientamento. I Fenoli: nomenclatura, reazioni di sostituzione elettrofila aromatica. Cenni sui composti fenolici naturali.

Aldeidi e chetoni. Struttura del gruppo carbonilico. Nomenclatura. Reattività del gruppo carbonilico: la reazione di addizione nucleofila (addizione di acqua, alcoli). Riduzione dei composti carbonilici.

Acidi carbossilici e derivati. Struttura e nomenclatura. Acidità. Conversione degli acidi in alogenuri acilici, esteri, anidridi e ammidi. Conversione dei derivati degli acidi carbossilici in acidi acidi carbossilici. Cenni sui polimeri di condensazione: il Nylon.

Ammine (cenni). Struttura e nomenclatura. La basicità delle ammine.

Carboidrati. Classificazione e nomenclatura. Configurazione dei monosaccaridi. Proiezioni di Fischer. Serie D ed L. Forme cicliche. Disaccaridi: maltosio, saccarosio, lattosio. Polisaccaridi: cellulosa, amido, glicogeno.

Amminoacidi e proteine. Struttura degli amminoacidi. Amminoacidi naturali. Punto isoelettrico. Il legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine.

Lipidi (cenni). I lipidi. Grassi ed oli. I saponi. I fosfolipidi. Le cere. Gli steroidi.
MATEMATICA
- Insiemi. Operazioni tra insiemi. N, Z, Q, R.
- Matrici. Determinante di una matrice. Matrici ridotte. Rango di una matrice. Prodotto righe per colonne. Matrice inversa.
- Sistemi lineari. Teorema di Cramer. Teorema di Rouche-Capelli.
- Geometria analitica del piano. Punti. Distanze, equazioni della retta, coefficiente angolare, proprietà, parallelismo, perpendicolarità.
- Circonferenza. Intersezione tra una retta e una circonferenza.
- Ellisse. Parabola. Iperbole.
- Funzioni reali di variabile reale. Dominio di una funzione. Funzioni monotone.
- Limiti di funzioni reali. Teoremi.
- Derivata di una funzione in un punto e suo significato geometrico. Derivate elementari. Regole di derivazione: somma di funzioni, prodotto di funzioni, funzioni composte.
- Punti di massimo relativo e di minimo relativo. Teoremi.
- Asintoti.
- Primitiva di una funzione. Integrale indefinito. Integrale definito.

Testi di riferimento

CHIMICA
TESTI CONSIGLIATI

- Brown, Lemay, Bursten, Murphy, Woodward, “Fondamenti di chimica” – EdiSES (disponibilità e-book personalizzato) (I PARTE PROGRAMMA). - Disponibile IV edizione

- William H. Brown, M.K. Campbell - S.O. Farrell “Elementi di Chimica Organica” – II Edizione EdiSES (II PARTE PROGRAMMA).

- William H. Brown, Thomas Poon “Introduzione alla Chimica Organica” – V Edizione EdiSES (disponibilità e-book personalizzato) (II PARTE PROGRAMMA). (Versione approfondita del testo "Elementi di Chimica Organica")

ESERCIZIARI

- P. D'Arrigo, A. Famulari, C. Gambarotti, M. Scotti “Chimica: Esercizi e Casi Pratici” – EdiSES

- P.M. Lausarot – G.A. Vaglio - “Stechiometria per la chimica generale” - PICCIN

- Nicotra, Cipolla “Eserciziario di Chimica Organica” – EdiSES

- D. Sica “Esercizi di Chimica Organica” - EdiSES
MATEMATICA
(1) M. Gionfriddo: Istituzioni di Matematiche. Tringale Editore

(2) M.Gionfriddo, B. Mtarazzo, S. Milici: Esercitazioni di matematiche. Spazio Libri.

(3) P. Marcellini, C. Sbordone: Elementi di Matematica. Liguori Editore.

(4) C. Sbordone e F. Sbordone: Matematica per le scienze della vita. EdiSES

(5) V. Villani, Matematica per discipline biomediche. Mc Graw-Hill

Altro materiale didattico

CHIMICA
Materiale didattico scaricabile tramite la piattaforma STUDIUM (http://studium.unict.it/dokeos/2018/)
MATEMATICA
Gli appunti elaborati a lezione saranno inserite sul portale Studium, nella sezione “documenti”.

Programmazione del corso

CHIMICA
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Tutti gli argomenti del corso sono ritenuti essenziali per il superamento dell’esame	Tutti i testi riportati
MATEMATICA
	Argomenti	Riferimenti testi
1	Insiemi. Operazioni tra insiemi. N, Z, Q, R.	Testo 1: cap 1, cap 3. Testo 4: cap 1, cap 3.
2	Matrici. Determinante di una matrice. Matrici ridotte. Rango di una matrice. Prodotto righe per colonne. Matrice inversa.	Testo 1: cap. 4 Testo 2: cap 7
3	Sistemi lineari. Teorema di Cramer. Teorema di Rouche-Capelli.	Testo 1: cap. 5
4	Geometria analitica del piano. Punti. Distanze, equazioni della retta, coefficiente angolare, proprietà, parallelismo, perpendicolarità	Testo 1: cap. 8 Testo 4: cap 4
5	Circonferenza. Intersezione tra una retta e una circonferenza.Ellisse. Parabola. Iperbole	Testo 1: cap. 6-7 Testo 4: cap 4
6	Funzioni reali di variabile reale. Dominio di una funzione. Funzioni monotone.	Testo 4: cap 6 Testo 1: cap. 10
7	Limiti di funzioni reali. Teoremi.	Testo 1: cap. 11
8	Derivata di una funzione in un punto e suo significato geometrico. Derivate elementari. Regole di derivazione: somma di funzioni, prodotto di funzioni, funzioni composte.	Testo 1: cap. 12
9	Punti di massimo relativo e di minimo relativo. Teoremi.	Testo 1: cap. 12
10	Asintoti.	Testo 1: cap. 12
11	Primitiva di una funzione. Integrale indefinito. Integrale definito.	Testo 1: cap. 13

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

CHIMICA
L’esame del corso consiste in una prova scritta e una prova orale.

In particolare, la prova scritta di norma è articolata in 10 esercizi da svolgere in 120 minuti. I 10 esercizi, rispettivamente cinque inerenti la I parte del programma (chimica generale) e cinque inerenti la II parte del programma (chimica organica), di norma riguardano la verifica dell'apprendimento di argomenti riguardanti la struttura, nomenclatura e reattività delle principali classi di composti inorganici e organici, incluse le biomolecole studiate. Calcolo della concentrazione di soluzioni. Calcolo del pH di acidi (o basi) deboli e acidi o basi forti, soluzioni saline e sistemi tampone. Calcoli stechiometrici sulla quantità delle sostanze che reagiscono. Bilanciamento di reazioni redox. Calcoli sulle proprietà colligative trattate a lezione. Riconoscimento di isomeri e stereoisomeri in chimica organica. Riconoscimento delle principali classi di composti organici. Caratteristiche di reattività chimica e proprietà fisiche delle principali classi di composti organici studiati.

La prova orale (che si svolge generalmente alcuni giorni dopo la prova scritta) consiste nella discussione della prova scritta e nella discussione di alcuni tra tutti gli argomenti del programma.

La valutazione viene espressa al termine delle due prove. Il superamento della prova scritta (idoneità) consente l’accesso alla prova orale, la quale se valutata positivamente darà luogo al voto finale dell’esame.

Per gli studenti di primo anno che frequentano con continuità il corso sono previste due prove scritte in itinere, aventi rispettivamente come oggetto la prima (chimica generale) e la seconda parte (chimica organica) del programma svolto. Il superamento della prima prova è indispensabile per l'accesso alla seconda prova in itinere. Il superamento di entrambe le prove scritte in itinere esonera lo studente dallo svolgimento dell'esame finale. I dettagli sullo svolgimento delle prove in itinere verranno illustrati dal docente all'inizio del corso.
MATEMATICA
L'esame finale consiste in una prova scritta ed un eventuale colloquio orale. L’esame è superato se lo studente ottiene un punteggio maggiore o uguale di diciotto (18/30).

Prove d’esame complete. Nelle sessioni di esami (prima, seconda e terza), si effettueranno le prove d’esame ufficiali. In tale sede, coloro che non hanno superato qualcuna delle prove in itinere potranno sostenere la parte di prova mancante.

Allo scopo, ogni prova completa è suddivisa in modo chiaro in tre parti, denominate I, II e III parte, ciascuna delle quali ha una durata massima di 45 minuti. La prova completa, dunque, dura 135 minuti. Le modalità di valutazione delle prove scritte complete sono le stesse di quelle stabilite per le prove in itinere scritte. Vi sarà una votazione per ognuna delle parti (I e/o II e/o III) svolte dal candidato.

PROVE IN ITINERE

Prove in itinere

Il corso di “Matematica” è semestrale e si tiene nel primo periodo didattico. Nel corso dell’anno sono previste tre prove in itinere scritte. Le date di tali prove verranno concordate durante l’anno con gli Studenti.

Prove scritte:

I parte) Intersezione e unione tra insiemi, Rango di una matrice, Sistemi lineari, rette nel piano

II parte) Circonferenze, domini di funzioni, limiti di funzioni

III parte) Retta tangente ad una funzione in un dato punto, massimi e minimi di una funzione, integrale, concetti di teoria

Le prove scritte sono tra loro indipendenti quindi lo Studente può decidere di sostenere una delle prove senza aver necessariamente sostenuto o superato la/le prova/e che l’hanno preceuta.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

CHIMICA
Scaricabili da STUDIUM (http://studium.unict.it/dokeos/2018/)
MATEMATICA
1. Trovare il rango della matrice data
2. Determinare l’equazione della circonferenza avente centro nel punto medio del segmenti di estremi A=(2, 1) e B=(4, -3) e raggio r=3
3. Trovare il dominio delle seguenti funzioni: f₁(x)=(x-1)/(x²+x) f₂(x)= log(1-x²)
4. Calcolare il limite per x tendente all'infinito della funzione f(x)= (x²-1)/(x²)
5. Calcolare la derivata della seguente funzione: f(x)= log(sen x + cos x)
6. Calcolare l'integrale indefinito della funzione: (x²)/(1-2x³)

Apri in formato Pdf English version