CHIMICA E MATEMATICA

14 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

CHIARA MARIA GANGEMI - Modulo CHIMICA - CHIM/06 - 8 CFU
CRISTINA LUCIA MILAZZO - Modulo MATEMATICA - MAT/04 - 6 CFU

Obiettivi formativi

CHIMICA
- 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
- CHIMICA
  Concetti base di matematica delle scuole superiori, es: formule inverse, proporzioni, proprietà delle potenze, radicali.
MATEMATICA
Conoscenze di elementi di matematica previsti dalle indicazioni nazionali per la scuola secondaria di secondo grado.

Frequenza lezioni

CHIMICA
La frequenza non è obbligatoria ma caldamente consigliata.
MATEMATICA
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria ma vivamente consigliata.

Contenuti del corso

CHIMICA
I parte Chimica Generale

1. Introduzione: Classificazione della materia; miscugli eterogenei ed omogenei; sostanze pure: particelle, elementi e composti; proprietà della materia; gli stati della materia; trasformazioni chimiche e fisiche; grandezze e unità di misura; il sistema metrico internazionale.
2. Struttura dell'atomo:particelle, elementi e composti; proprietà della materia; gli stati della materia; trasformazioni chimiche e fisiche; grandezze e unità di misura; il sistema metrico internazionale.
2. Struttura dell'atomo: Le particelle subatomiche e cenni di teoria atomica: elettrone, protone, neutrone; numero atomico, numero di massa; isotopi; unità di massa atomica; Modello atomico di Bohr/Rutherford; descrizione meccanico/ondulatoria dell'atomo; numeri quantici, orbitali atomici s, p e d; Principio di esclusione del Pauli; principio della massima molteplicità; regola dell’ottetto; orbitali configurazione fondamentale.
3. La tavola periodica. Configurazione elettronica degli atomi e periodicità delle proprietà chimiche; la tavola periodica e le sue caratteristiche; energia di ionizzazione; affinità elettronica; elettronegatività
4. Il legame chimico: Elettroni di valenza e strutture di Lewis; classificazione dei legami chimici; numero di ossidazione; legame dativo; le geometrie molecolari: ibridazione degli orbitali e teoria VSEPR; legami σ e π; risonanza. Interazioni deboli: Forze di Van der Waals e di London, legame idrogeno.
5. I composti chimici (I parte): Composti ionici e composti molecolari. Formule, nomenclatura e proprietà dei composti; composti binari: idruri, ossidi, perossidi e idracidi; composti ternari: ossiacidi e idrossidi; Sali; particolarità di alcuni elementi; cationi metallici e anioni poliatomici. Esercitazioni.
6. I composti chimici (II parte): Il concetto di mole e il numero di Avogadro; peso molecolare; leggi della stechiometria; determinazione della formula di un composto; l'equazione chimica ed il suo bilanciamento; concerto di equilibrio chimico e costanti d’equilibrio; identificazione delle reazioni di ossido-riduzione; bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione; calcoli stechiometrici: rapporti quantitativi nelle reazioni chimiche; reagente limitante. Esercitazioni numeriche.
7. Le soluzioni (cenni). Lo stato liquido e le soluzioni: solvatazione dei soluti; solubilità; concentrazione delle soluzioni: % P/P, %V/V, %P/V, molarità, molalità, frazione molare, ppm; proprietà colligative delle soluzioni: abbassamento della tensione di vapore e legge di Raoult; crioscopia ed ebullioscopia; osmosi e pressione osmotica; soluzioni elettrolitiche; proprietà colligative di elettroliti; grado dissociazione. Esercitazioni numeriche.
8. Equilibri ionici in soluzione acquosa: prodotto ionico dell’acqua e pH; teoria degli acidi e delle basi: Acidi e Basi di Arrhenius e Bronsted; teoria acido-base di Lewis; acidi poliprotici; calcolo del pH di acidi e basi forti; calcolo del pH di acidi e basi deboli; reazioni d’idrolisi e calcolo del pH di soluzioni saline; soluzioni tampone; cenni sulle titolazioni acido-base; indicatori di pH; solubilità dei sali e prodotto di solubilità. Esercitazioni numeriche

II parte: ELEMENTI DI CHIMICA ORGANICA
1. Chimica del carbonio: i composti organici; gruppi funzionali; classificazione composti orgnaici e nomenclatura; rappresentazione delle molecule organiche.
2. Cenni di stereochimica: isomeria costituzionale e stereoisomeria; chiralità; stereocentri; diastereoisomeri ed enantiomeri; attività ottica; nomenclatura R, S e D, L; composti meso; isomeria geometrica: isomeria cis/trans.
3. Le reazioni in chimica organica. meccansimi di reazione; carbocationi, carbanioni e radicali; Classificazione delle reazioni: sostituzione, eliminazione e addizione; reazioni acido-base e reazioni redox di composti organici; definizione di reazioni regio-selettive, stereo-selettive e stereospecifiche.
4. Alcani: nomenclatura; proprietà fisiche; fonti e reazioni: la sostituzione radicalica. Idrocarburi ciclici.
5. Alcheni e meccanismi di reazione: nomenclatura; isomeria cis-trans; proprietà fisiche; dieni, trieni e polieni; esempi di alcheni in natura: terpene; reazioni degli alcheni: addizione di acidi alogenidrici; addizione di acqua; addizione di alogeni; idrogenazione catalitica; polimerizzazione; reazioni dei dieni coniugati.
6. Alchini: nomenclatura; acidità degli alchini; reazioni degli alchini: addizione di acidi alogenidrici e di alogeni, riduzione ad alcani.
7. Alogenuri alchilici: struttura e nomenclatura; reazioni degli alogenuri alchilici: sostituzione nucleofila SN1 ed SN2 cinetica e stereochimica; effetto del substrato, del nucleofilo, del gruppo uscente e del solvent nel meccanismo di reazione; reazioni di eliminazione E1 ed E2. Competizione tra le reazioni di sostituzione ed eliminazione.
8. Composti aromatici. Struttura del benzene; aromaticità; nomenclatura; reattività: sostituzioni elettrofile aromatiche: alogenazione, nitrazione, solfonazione, Alchilazione di Friedel-Crafts. Effetto dei sostituenti sulla reattività e sull’orientamento. Fenoli (cenni): reazioni di sostituzione elettrofila aromatica. Composti fenolici naturali.
9. Alcoli: struttura e nomenclatura; caratteristiche fisiche; acidità e basicità; reazioni degli alcoli: trasformazione in alcheni; conversione in alogenuri alchilici; ossidazione degli alcoli; poliacoli e tioli (cenni).
10. Eteri, epossidi e solfuri (cenni): nomenclatura; eteri ciclici ed epossidi.
11. Aldeidi e chetoni: struttura e caratteristiche del gruppo carbonilico; nomenclatura; reazioni di addizione nucleofila: addizione di acqua, alcoli; riduzione ed ossidazione dei composti carbonilici; condensazione aldolica; formazione di emiacetali e acetali, emichetali e chetali.
12. Acidi carbossilici e derivati: struttura e nomenclatura; acidità; conversione degli acidi in alogenuri acilici, esteri, anidridi e ammidi; reazioni dei derivati degli acidi carbossilici.
13. Ammine: struttura e nomenclatura; basicità; reazioni con acido nitroso.
14. Carboidrati: classificazione e nomenclatura; configurazione dei monosaccaridi; proiezioni di Fischer; reattività: forme cicliche; disaccaridi: maltosio, saccarosio, lattosio; polisaccaridi: cellulosa, amido, glicogeno.
15. Amminoacidi e proteine: struttura degli amminoacidi; amminoacidi naturali. Punto isoelettrico; legame peptidico; sintesi di dipeptidi; struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine.
16. Lipidi (cenni): classificazione e struttura; grassi, oli; cere; saponificazione; fosfolipidi e steroidi.
MATEMATICA
- Insiemi. Operazioni tra insiemi. N, Z, Q, R.
- Goniometria, funzioni goniometriche e prime proprietà.
- Trigonometria, teorema dei seni, teorema di carnot, applicazioni ai problemi con i triangoli rettangoli.
- 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.
- 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.
- Primitiva di una funzione. Integrale indefinito. Integrale definito.

Testi di riferimento

CHIMICA
1. CHIMICA, Whitten, Davis, Peck, Stanley; PICCIN
2. CHIMICA, Kotz, Treichel, Weaker; EdiSES
3. CHIMICA, M. S. Silberberg; McGRAW HILL
4. STECHIOMETRIA PER LA CHIMICA GENERALE, Michelin Lausarot Vaglio; Piccin.
5. INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ORGANICA, Brown, Poon; EdiSES.
6. FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA, J.G. Smith; McGRAW HILL.
7. FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA, Wade; Piccin.
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

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 possono essere utilizzati per gli argomenti in questione
2	Esercitazioni	Tutti i testi riportati presentano esercitazioni numeriche utili allo scopo, in alternativa può essere utilizzato il testo STECHIOMETRIA PER LA CHIMICA GENERALE, Michelin Lausarot Vaglio; Piccin.
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.	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	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 una serie di esercizi da svolgere in 120 minuti. Gli esercizi saranno inerenti alla I parte del programma (chimica generale) alla 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).

Per convenzione la data riportata sul calendario di esami, riguarda la prova scritta di chimica, la prova di matematica si tiene il giorno dopo. L'aula e l'orario vengono comunicate dal docente qualche giorno prima tramite la piattaforma Studium.

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. 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, trigonometria.

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

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