CHIMICA GENERALE ED INORGANICA I E LABORATORIO A - L

12 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

ROBERTO PURRELLO - MODULO 1 - CHIM/03 - 6 CFU
ALESSANDRO D'URSO - MODULO 2 - CHIM/03 - 6 CFU

Obiettivi formativi

MODULO 1
Il corso si propone di fornire i fondamenti di Chimica Generale e Inorganica quale base culturale indispensabile per la comprensione degli insegnamenti successivi, cui essa è propedeutica. Lo studente, attraverso lo studio della chimica prenderà consapevolezza non soltanto del ruolo fondamentale espletato da questa disciplina in diversi ambiti scientifico-tecnologici, ma anche acquisirà dismestichezza con i principi fondamentali alla base del metodo scientifico.

Il corso di Chimica Generale fornirà allo studente i primi esempi di reattività chimica, con particolare riferimento ai processi in fase gassosa ed in soluzione acquosa. Si tratterà anche il concetto di equilibrio chimico, sia da un pusto di vista chimico che termodinamico.

In particolare, il corso è organizzato in modo da fornire una buona conoscenza della chimica di base (inorganica e stechiometria) ed è suddiviso in una parte teorica ed una parte costituita da esercitazioni volte alla soluzione di problemi di chimica (knowledge and understanding).

Finalità del corso è quella di far acquisire quella capacità di ragionamento necessaria per affrontare lo studio di fenomeni chimici con metodi analitici e numerici (applying knowledge and understanding).

Obiettivi formativi specifici di questo corso sono:

conoscere la struttura atomica e saper leggere ed interpretare tutte le informazioni desumibili dalla tavola periodica;
comprendere i meccanismi di formazione del legame chimico;
conoscere le interazioni chimiche nei solidi, nei liquidi e comprendere le equazioni stato dei gas;

conoscere il comportamento delle soluzioni, in termini di bilancio di forze di interazione e loro

effetto sulle proprietà fisiche delle soluzioni

conoscere le principali grandezze termodinamiche e cinetiche coinvolte nelle reazioni chimiche;
valutare le condizioni dell’equilibrio chimico;

tutte le attività proposte con metodo scientifico e linguaggio appropriato.

Acquisire capacità di impostare e svolgere correttamente esercizi sulle varie tipologie di reazioni chimiche

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione:

Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.
Capacità di schematizzare una reazione chimica in termini qualitativi e quantitativi. Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze chimico- fisiche e di risolverlo con metodi analitici.

Capacità di applicare conoscenza:

Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni chimici utilizzando con rigore il metodo scientifico.
Capacità di calcolo quantitativo di reagenti e prodotti di reazioni chimiche.

Autonomia di giudizio:

Capacità di ragionamento critico.
Capacità di individuare le soluzioni più adeguate per risolvere problemi chimici. Capacità di individuare le previsioni di una teoria o di un modello.
Capacità di valutare l'accuratezza necessaria da usare nei calcoli stechiometrici.

Abilità comunicative:

Capacità di descrivere in forma orale, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.
MODULO 2
Il corso si propone di fornire i fondamenti di stechiometria e di calcolo chimico, in modo da permettere allo studente di poter acquisire dimestichezza e padronanza con i problemi chimici che saranno oggetto della prova finale scritta. Questo secondo modulo di insegnamento, in concerto con il primo modulo di teoria, si prefigge di fornire allo studente gli strumenti per la comprensione della reattività chimica relativamente alla chimica inorganica e di base, dei processi a essa associati, e dei calcoli stechiometrici necessari alla risoluzione di problemi specifici. Al termine del corso lo studente avrà acquisito e maturato le competenze indispensabili per affrontare e risolvere quesiti relativi a calcoli sulle moli, concentrazioni delle soluzioni e bilanciamento di reazioni chimiche. Avrà inoltre appreso la nomenclatura dei composti inorganici e sarà in grado di svolgere esercizi che coinvolgono concetti di chimica generale di base come quelli relativi alle proprietà colligative, alle reazioni termochimiche e alle leggi dei gas. Saranno svolte esercitazioni in laboratorio per rafforzare i concetti affrontati in aula e per far conoscere allo studente in modo pratico un laboratorio chimico. Lo studente imparerà a organizzare e svolgere un esperimento chimico e ad utilizzare la vetreria e alcuni semplici strumenti di laboratorio. Verranno impartite inoltre alcune conoscenze di base relative al corretto smaltimento dei prodotti chimici e verranno impartite alcune nozioni di base sul trattamento dei dati. Tutte queste nozioni serviranno per la comprensione degli insegnamenti successivi, cui la materia e propedeutica. Lo studente, attraverso lo studio della chimica e attraverso le attività di laboratorio prendera consapevolezza non soltanto del ruolo fondamentale espletato da questa disciplina in diversi ambiti scientifico-tecnologici, ma anche acquisira dismestichezza con i principi fondamentali alla base del metodo scientifico. Finalità del corso e quella di far acquisire quella capacita di ragionamento necessaria per affrontare lo studio di fenomeni chimici con metodi analitici e numerici (applying knowledge and understanding).

Obiettivi formativi specifici di questo corso sono:

conoscere la configurazione elettronica degli elementi dei gruppi principali e la nomenclatura dei principali composti inorganici saper leggere ed interpretare tutte le informazioni desumibili dalla tavola periodica; comprendere i meccanismi di formazione del legame chimico; conoscere le interazioni chimiche nei solidi, nei liquidi e comprendere le equazioni stato dei gas; conoscere il comportamento delle soluzioni, in termini di bilancio di forze di interazione e loro effetto sulle proprieta fisiche delle soluzioni conoscere le principali grandezze termodinamiche e cinetiche coinvolte nelle reazioni chimiche; valutare le condizioni dell’equilibrio chimico; Acquisire capacita di impostare e svolgere correttamente esercizi sulle varie tipologie di reazioni chimiche. Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacita di comprensione:

Capacita di ragionamento induttivo e deduttivo.

Capacita di schematizzare una reazione chimica in termini qualitativi e quantitativi. Capacita di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze chimico- fisiche e di risolverlo con metodi analitici.

Capacita di applicare conoscenza:

Capacita di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni chimici utilizzando con rigore il metodo scientifico.

Capacita di calcolo quantitativo di reagenti e prodotti di reazioni chimiche.

Autonomia di giudizio:

Capacita di ragionamento critico.

Capacita di individuare le soluzioni piu adeguate per risolvere problemi chimici. Capacita di individuare le previsioni di una teoria o di un modello.

Capacita di valutare l'accuratezza necessaria da usare nei calcoli stechiometrici.

Abilita comunicative: Capacita di descrivere in forma orale e scritta, con proprieta di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

MODULO 1
Lezioni frontali, esercitazioni in aula
MODULO 2
Il corso prevede 62 h in totale. Durante il corso sono previste delle lezioni frontali sugli argomenti propedeutici allo svolgimento degli esercizi e dei problemi oggetto del compito di esame. In modo parallelo, verranno svolte numerose esercitazioni in aula con simulazione di problemi ed esercizi del tutto analoghi a quelli che gli studenti si troveranno ad affrontare nel compito finale agli esami.

Infine, sono programmate alcune (non più di 6) attività di laboratorio durante lo svolgimento del corso che dovranno poi essere relazionate dagli studenti e che costituiranno anch'esse argomento di esame.

Prerequisiti richiesti

MODULO 1
Matematica di base, fisica di base, chimica di base.
MODULO 2
Matematica di base, fisica di base, chimica di base. Il corso di chimica non prevede conoscenze preliminari approfondite, tuttavia sarà necessario seguire di volta in volta i vari argomenti e non rimanere indietro nello studio. La chimica è una disciplina che si costruisce mano a mano e non sarà possibile capirla se non verrà fatto uno studio regolare e costante durante il corso. Sarà molto difficile prepararla da soli alla fine del corso perchè molti argomenti necessitano di tempo per poter essere ben recepiti e maturati. Si consiglia caldamente agli studenti di seguire i corsi zero di matematica e di chimica che verranno elargiti prima dell'inizio dei corsi.

Frequenza lezioni

MODULO 1
La frequenza è un requisito necessario per il superamento e dell’esame finale.
MODULO 2
La frequenza è un requisito necessario per il superamento e dell’esame finale. E' ammessa una sola assenza in laboratorio durante tutto il corso del semestre. Chi, per cause di forza maggiore, sarà costretto a fare più di una assenza, dovrà superare un esame pratico in laboratorio prima di poter accedere alla prova scritta. Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Contenuti del corso

MODULO 1
· La composizione della materia: molecole e composti molecolari, ioni e composti chimici, la nomenclatura chimica, costituzione dell’atomo, peso atomico e peso molecolare, tavola periodica degli elementi, gruppi e periodi, proprietà periodiche degli elementi, relazioni diagonali.

· Leggi fondamentali della chimica: Teoria atomica di Dalton, Principio di Avogadro, leggi di combinazione, scoperta di elettroni, protoni e neutroni.

· Le reazioni chimiche: il concetto di mole, le equazioni chimiche, bilanciamento delle reazioni semplici, definizione di ossidante e riducente, numero di ossidazione e reazioni redox, definizione di acido e base, reazioni acido-base, significato quantitativo delle reazioni chimiche, reazioni all’equilibrio e irreversibili.

· Struttura dell’atomo: Radiazione elettromagnetica, cenni di meccanica quantistica: Planck, effetto fotoelettrico, spettri atomici, modello di Bohr, de Broglie, Heisenberg, equazione di Schrödinger, Atomi monoelettronici, atomi polielettronici: spin e numero quantico di spin, energie orbitaliche di atomi polielettronici, principio di esclusione di Pauli, Aufbau e regola di Hund.

· Il legame chimico: Legame covalente secondo Lewis, Geometria molecolare e Teoria VSEPR, Teoria del legame di valenza, Geometria molecolare e ibridizzazione, Legami multipli, Cenni di teoria degli orbitali molecolari, configurazione elettronica delle molecole biatomiche omopolari del secondo periodo, interazioni non-covalenti, legame ionico, legame ad idrogeno, legame metallico.

· Lo stato gassoso: leggi dei gas, equazione di stato dei gas ideali, volume molare, densità dei gas, legge della diffusione dei gas, gas reali, equazione di van der Waals per i gas reali, significato molecolare della pressione e della temperatura, cenni di teoria cinetica dei gas.

· Passaggi di stato: Gas-Vapore-Liquido, pressione e temperatura critica, diagrammi di stato, equilibri tra fasi.

· Cenni sullo stato solido: solidi metallici e ionici, solidi molecolari e solidi reticolari covalenti, energia reticolare, ciclo di Born-Haber.

· Lo stato liquido e le soluzioni: ruolo delle interazioni non-covalenti, pressione di vapore dei liquidi e temperatura di ebollizione, solvatazione dei soluti, concentrazione delle soluzioni, legge di Raoult, deviazioni dalla legge di Raoult, cenni sulla distillazione di liquidi, proprietà colligative, crioscopia ed ebullioscopia, pressione osmotica, elettroliti forti e deboli, grado di dissociazione, solubilità dei gas nei liquidi.

· Cinetica ed equilibrio chimico: reazioni di equilibrio, velocità di una reazione chimica, ordine di una reazione, energia di attivazione ed equazione di Arrhenius, deduzione cinetica dell’equilibrio chimico, costante di equilibrio, influenza della concentrazione, della pressione e della temperatura sugli equilibri chimici, catalisi, catalizzatori omogenei ed eterogenei.

· Cenni di termodinamica e termochimica: definizioni e relazioni sistema-ambiente, funzioni di stato, I principio della Termodinamica, capacità termiche molari, misura del calore, Legge di Hess ed entalpie di reazione, II principio della Termodinamica, III principio della Termodinamica ed entropie di reazione, energia libera, relazione tra l’energia libera e la costante di equilibrio.
MODULO 2
ESERCIZI SU:

1. ATOMI E MOLECOLE: Mole, peso molecolare, formula minima, percentuali degli elementi presenti nei composti. Nomenclatura chimica e configurazione elettronica esterna.

2. EQUAZIONI CHIMICHE. BILANCIAMENTO E RELAZIONI PONDERALI: Generalità sulle equazioni chimiche, bilanciamento delle equazioni chimiche, calcolo del numero di ossidazione,

bilanciamento redox, concetto di acido e base, sali, ossidanti, riducenti, rapporti ponderali, processi non quantitativi, resa di reazione, reagente limitante

3. SISTEMI GASSOSI: Definizione di un sistema gassoso, volume, pressione e temperatura, leggi dei gas, densità e determinazione della massa molecolare, pressioni e volumi parziali, miscele di gas,

grado di dissociazione. Calcoli sulle reazioni in fase gassosa. Esercizi sulla legge dei gas ideali, reali e legge di Graham

4. SOLUZIONI – Calcolo della concentrazione delle soluzioni, miscelazione e diluizione delle soluzioni, analisi volumetrica, proprietà colligative delle soluzioni ed effetto della dissociazione

elettrolitica.

5. EQUILIBRIO CHIMICO – Equilibrio chimico, costanti di equilibrio e loro utilizzo nel calcolo delle concentrazioni delle specie all’equilibrio

6. TERMODINAMICA - Entalpia, calore specifico, capacità termica, legge di Hess, energia interna, entropia ed energia libera

7. ELEMENTI DI CINETICA CHIMICA - Fattori che influenzano la velocità di reazione – Equazione cinetica ed ordine di reazione – Reazioni elementari: step limitante la velocità di reazione - Energia

di attivazione - Catalizzatori - Equazione di Arrhenius e teoria degli urti

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO:

Determinazione del volume molare di un Gas

Precipitazione di un ossido metallico e relativa purificazione

Ridissoluzione degli ossidi di rame in acidi diluiti e concentrati

Spettroscopia atomica e saggi alla fiamma

Determinazione dell'entalpia di formazione del MgO

Cinetica chimica

Testi di riferimento

MODULO 1
R.H. Petrucci, W.S.Harwood, F.G. Herring, CHIMICA GENERALE (Principi e moderne applicazioni), Piccin

Kotz-Treichel-Townsend (ed edizioni precedenti) - Chimica- EdiSeS M. Speranza-Chimica Generale ed Inorganica-Edi-Ermes
P. W Atkins, J. Loretta - Chimica Generale - Zanichelli
M Schiavello, L. Palmisano - Fondamenti di Chimica - EdiSes

N. J. Tro - Chimica Un approccio molecolare - Zanichelli

P. Silvestroni- Fondamenti di Chimica- CEA

M. Speranza-Chimica Generale ed Inorganica-Edi-Ermes
MODULO 2
P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin

Altro materiale didattico

MODULO 1
STUDIUM Unict: http://studium.unict.it
MODULO 2
Per gli argomenti trattati consultare anche il materiale didattico del corso in cui sono inseriti i testi degli esercizi che veranno svolti in aula ed una breve nota di ciascuna delle esperienze che si

svolgerà in laboratorio. studium.unict.it

Programmazione del corso

MODULO 1
	Argomenti	Riferimenti testi
1	La composizione della materia	R.H. Petrucci, W.S.Harwood, F.G. Herring, CHIMICA GENERALE (Principi e moderne applicazioni), Piccin
2	Leggi fondamentali della Chimica; Le reazioni chimiche; Struttura dell'atomo; il legame chimico	Kotz-Treichel-Townsend (ed edizioni precedenti) - Chimica- EdiSeS M. Speranza-Chimica Generale ed Inorganica-Edi-Ermes
3	Lo stato gassoso; passaggi di stato; cenni sullo stato solido	P. Silvestroni- Fondamenti di Chimica- CEA
4	Lo stato liquido e le soluzioni; cinetica ed equilibrio chimico; cenni di termodinamica e termochimica	M Schiavello, L. Palmisano - Fondamenti di Chimica - EdiSes
MODULO 2
	Argomenti	Riferimenti testi
1	ATOMI E MOLECOLE	P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin
2	EQUAZIONI CHIMICHE. BILANCIAMENTO E RELAZIONI PONDERALI	P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin
3	SISTEMI GASSOSI	P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin
4	SOLUZIONI	P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin
5	EQUILIBRIO CHIMICO	P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin
6	TERMODINAMICA	P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin
7	Cinetica Chimica	P. Michelin Lausarot, G.A. Vaglio, STECHIOMETRIA, Piccin

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

MODULO 1
La prova finale consiste in un esame scritto (il giorno dell’esame è quello indicato sul calandario ufficiale), basato su esercizi analoghi a quelli affrontati in aula durante il corso, ed in un colloquio orale (data e luogo saranno indicate dal docente) basato su tutti gli argmomenti del programma e sulle esperienze di laboratorio.

La prova d’esame tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in relazione le varie parti del programma. L’esame consiste in una prova scritta ed un esame orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di semplici problemi di stechiometria inerenti la nomenclatura, le reazioni chimiche, le trasformazioni dei gas e lo studio dei fenomeni chimici in soluzione acquosa, la termochimica. Tale prova tende a verificare il possesso delle nozioni di base della disciplina. Si intenderà superata la prova scritta se lo studente avrà risolto esattamente più di metà degli esercizi assegnati. Gli studenti durante l'esame scritto potranno usare la tavola periodica e la calcolatrice, ma non telefoni-cellulari.

Il superamento dello scritto è condizione necessaria, ma non sufficiente al superamento dell' esame finale.

La prova orale consisterà in domande relative alle varie parti del programma per accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato.
Criteri per l’attribuzione del voto finale:
Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.
MODULO 2
L'esame consiste in una prova scritta ed una orale sugli argomenti trattati in entrambi i moduli della materia. Entrambe le prove vertono esclusivamente sugli argomenti trattati a lezione. Tutte le tipologie di esercizi delle prove d'esame saranno affrontate durante il corso. L'esame scritto consiste in esercizi e domande aperte. NON E' POSSIBILE FARE LA PROVA SCRITTA IN UN APPELLO

DIVERSO DA QUELLO IN CUI SI VUOLE SVOLGERE LA PROVA ORALE. Lo studente deve affrontare l'esame scritto con una preparazione già completa di tutta la materia. Il voto minimo per superare la prova scritta è 18/30. Costituiscono elementi di valutazione della prova scritta la correttezza dei risultati numerici, l'esplicitazione dei procedimenti attuati per ottenerli, la coerenza interna tra risultati logicamente interdipendenti e il rigore nell'utilizzo corretto delle unità di misura associate alle grandezze fisiche utilizzate. Criteri di valutazione della prova orale sono il rigore quantitativo nelle dimostrazioni, il grado di approfondimento degli argomenti, la capacità di istituire nessi tra aspetti diversi di un fenomeno chimico. L'acquisizione dei contenuti delle esperienze di laboratorio viene valutata sulla base della correttezza, completezza, concisione e proprietà di espressione nella stesura delle relazioni e nella prova orale. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

MODULO 1
l docente, durante il corso, affronta svariate tipologie di problemi che saranno oggetto del compito scritto. Esercizi e compiti d'esame (anni precedenti) saranno divulgati su studium. Tutti gli argomenti dell’insegnamento sono possibili domande d’esame (es. Nomenclatura, Strutture di Lewis di molecole modello: diagrammi di energia, geometria molecolare secondo VSEPR e ibridizzazione atomo centrale, Calcoli stechiometrici, Proprietà colligative, Equilibri chimici, reattività acido-base, Bilanciamento reazioni redox, La tavola periodica, Configurazione elettronica degli elementi, legame chimico, orbitali ibridi. termodinamica e cinetica)
MODULO 2
Tutti gli argomenti trattati sono considerati irrinunciabili per il superamento dell’esame. Anche le

esperienze di laboratorio effettuate potranno essere oggetto d’interrogazione durante l’esame.

Per ogni esperienza di laboratorio lo studente presenterà una relazione dettagliata che sarà

verificata dal docente.

Nomenclatura

Strutture di Lewis di molecole modello: diagrammi di energia, geometria molecolare

secondo VSEPR e ibridizzazione atomo centrale

Calcoli stechiometrici

Esercizi su proprietà colligative

Bilanciamento reazioni redox, calcoli quantitativi nelle reazioni, resa di reazione

L’Equilibrio Chimico

Le soluzioni e le proprietà colligative

La tavola periodica

Configurazione elettronica degli elementi

Primo e Secondo Principio della Termodinamica

Entropia

L’energia di Gibbs

La cinetica chimica

Miscele di acidi e di basi forti. Calcoli volumetrici e diluizioni

Apri in formato Pdf English version