Chimica generale - Prof. Marco Chiarini - a.a. 2023/2024
ATTENZIONE: i contenuti di questo corso sono relativi all'anno accademico 2023/2024
Topic outline
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News
Ricevimento studenti
sarà sia in presenza che a distanza prendendo un appuntamento via email.
(il docente può essere contattato all'indirizzo mchiarini@unite.it)
Iscrizione alla classroom:
https://classroom.google.com/c/NjMwOTkyMjk4NzQ5?cjc=mamixee
La prova di esonero per il modulo di Chimica Generale, riservato ai soli iscritti del 1° anno, si svolgerà venerdì 19 gennaio 2024 a partire dalle ore 11.00 aula 5 e avrà la durata di 1 ora e 30 minuti e sarà erogata attraverso la piattaforma classroom.
L'iscrizione alla prova è obbligatoria e potrà essere fatta attraverso il modulo google al link - le iscrizioni si chiuderanno giovedì 18 gennaio alle ore 12.00
Le prove verteranno sull'intero programma del modulo.
Sono previste due ulteriori prove di esonero durante il mese di febbraio; le date saranno comunicate nei prossimi giorni.
Ultima modifica 16 gennaio 2024
20 Luglio 1994 - Università degli Studi di Camerino
Laurea in Chimica con tesi in chimica organometallica dal titolo: Interazione di Pirazolilborati 3-Me Sostituiti con Metalli di Transizione e Organostagno(IV).Febbraio 2000 Università degli Studi di Roma "Tor Vergata".
Conseguimento del titolo di Dottorato in Scienze Chimiche (XII ciclo). L'oggetto della dissertazione scritta della tesi, da presentarsi e discutersi al termine del corso, è stato la competizione di nucleofilo sulla superficie di aggregati micellari e lo sviluppo di nuove metodiche di sintesi organica utilizzando aggregati micellari.Dal 1998 al 2006 INF-LNGS
Collaborazione a vario titolo con l'I. N. F. N. presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso all'esperimento GNO (Gallium Neutrino Observatory) per il monitoraggio del flusso di neutrini solari a bassa energia.Dal 2001 al 2002 UCSB
Attività di ricerca presso il dipartimento di Chemistry and Biochemistry (University of California Santa Barbara) collaborando al progetto di ricerca sulla decontaminazione da armi chimiche in qualità di post-doc researcher. Supervisor Prof. C. A. BuntonDal 1 Febbraio 2004 Università degli Studi di Teramo
Ricercatore di Chimica Organica (SSD CHIM/06) presso la Facoltà di di Bioscienze e tecnologie agro-alimentari e ambientali.Dal 21 Dicembre 2020 Università degli Studi di Teramo
Professore Associato di Chimica Organica (SSD CHIM/06) presso la Facoltà di di Bioscienze e tecnologie agro-alimentari e ambientali.L'attività di ricerca del dott. Chiarini, documentata da 75 pubblicazioni a stampa su riviste internazionali con Impact Fattor e dalla presentazione di più di 100 comunicazioni a congressi scientifici nazionali ed internazionali, è focalizzata sia sullo studio dei sistemi supramolecolari, sia sulla sintesi di precursori di farmaci che di polimeri conduttori per applicazioni sensoristiche in campo alimentare ed ambientale. Lo studio di sistemi supramolecolari segue sostanzialmente due linee complementari, da una parte lo studio delle interazioni deboli di superficie di questi con composti organici ed inorganici utilizzando tecniche spettroscopiche, studio volto allo sviluppo di una più profonda comprensione del bilancio delle forze che controllano la struttura e la composizione di sistemi aggregati come micelle, microemulsioni, vescicole e membrane biologiche, e dall’altra le applicazioni pratiche che questi sistemi possono avere sia nell’ambito della sintesi organica che in quello delle scienze degli alimenti.
INFO SUL CORSO
OBIETTIVI GENERALI DEL CORSO- Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente acquisirà le conoscenze fondamentali della chimica, in particolare della struttura atomica, del legame chimico e della geometria molecolare. Conoscerà le proprietà di tutti gli stati della materia, gli aspetti termodinamici e cinetici delle trasformazioni chimiche le leggi dell'equilibrio chimico e le proprietà delle soluzioni, quali elementi basilari per comprendere il comportamento delle biomolecole.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite della chimica di base per descrivere proprietà e comportamenti delle biomolecole, in particolare di soluzioni acquose, di cui sarà in grado di comprendere le principali proprietà: colligative, acido-base, redox, solubilità. Inoltre avrà acquisito la capacità di calcolare quantità di composti, solidi, liquidi e gassosi, così come sarà in grado di condurre calcoli circa loro miscele e/o soluzioni, e circa quantità necessarie di specie che daranno luogo a trasformazioni chimiche.
- Autonomia di giudizio: Lo studente avrà acquisito, mediante la risoluzione di problemi di calcolo chimico, la capacità di esaminare i dati forniti ed inquadrare una particolare situazione, e soprattutto di saper valutare i risultati numerici ottenuti, attribuendo loro il giusto significato pratico. Acquisire questa competenza è di fondamentale importanza per la conduzione di un lavoro sperimentale.
- Abilità comunicative: Lo studente avrà imparato ad utilizzare la terminologia scientifica appropriata utile per una comunicazione corretta, che vede il coinvolgimento di aspetti chimici, e allo stesso tempo avrà acquisito la capacità di esplicare in modo semplice e preciso concetti chimici fondamentali, anche complessi. La disponibilità del materiale didattico in formato elettronico, e le comunicazioni relative allo svolgimento del corso fornite tramite sito web, avranno stimolato l'utilizzo di tutte le modalità e degli strumenti tecnici ed informatici per la gestione della comunicazione. Lo studente, inoltre, viene fortemente incoraggiato nel confronto e nella collaborazione sia con i colleghi sia con il docente, per la comprensione e la risoluzione degli esercizi svolti in aula durante le esercitazioni.
- Capacità di apprendimento: Lo studente avrà acquisito conoscenze chimiche basilari e indispensabili, e avrà quindi sviluppato la capacità di apprendere e comprendere specifici argomenti che saranno affrontati negli insegnamenti successivi (sia di base sia caratterizzanti), che prevedono delle conoscenze di chimica di base
PREREQUISITI E PROPEDEUTICITA'- Prerequisiti: Conoscenze di matematica e di fisica di base
- Propedeuticità: Nessuna
Obiettivi
La chimica è la scienza interessata allo studio della composizione, della struttura e delle proprietà delle varie forme di materia e delle leggi che descrivono i cambiamenti ai quali va soggetta. Lo scopo del corso di "Chimica Generale" è quello di dare concetti chimici fondamentali e propedeutici ad altri corsi quali la Chimica Analitica, la Chimica Organica, la Biochimica, ecc. Il corso si propone di fornire agli studenti innanzitutto i concetti di base della chimica, in particolare la struttura atomica della materia e la struttura dell'atomo, il legame chimico, l'equilibrio chimico, la termodinamica delle reazioni e la cinetica chimica. Inoltre si correleranno le proprietà di legame e la geometria di molecole semplici con le loro proprietà chimiche quali proprietà acido-base e proprietà redox, per poter interpretare alcuni fenomeni macroscopici su scala molecolare e saper riconoscere in alcuni fenomeni complessi il gioco di semplici leggi di tipo chimico. Particolare attenzione verrà rivolta alla valutazione degli equilibri in soluzioni acquose, delle proprietà colligative e dei fondamenti dei processi elettrochimici.
Il corso inoltre viene integrato da esercitazioni di calcolo stechiometrico la cui funzione è quella di abituare lo studente a valutare i numeri, a prendere visione dell'importanza della quantità di massa delle sostanze coinvolte nei processi chimici e a rendere più comprensibili i concetti di Chimica Generale. Le esercitazioni prendono in esame tutti gli argomenti svolti con particolare riferimento ai calcoli ponderali, allo studio degli equilibri chimici in soluzione e al calcolo del pH.
Programma d'esame
UNITÀ 1: Struttura della materia e proprietà degli stati della materia (1 CFU)
1.1: Struttura atomica
Struttura atomica della materia: protoni, neutroni, elettroni. Numero atomico e numero di massa. Isotopi. Unità di massa atomica.
Struttura elettronica: cenni sulla teoria quantistica di Bohr, concetto di orbitale, numeri quantici, forma ed energia degli orbitali. Configurazione elettronica degli atomi: principio di Pauli, principio di Aufbau, regola di Hund.
Sistema periodico degli elementi: metalli, non metalli, semimetalli. Gruppi principali ed elettroni di valenza. Proprietà periodiche: raggio atomico, potenziale di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività.
1.2: Il legame chimico
Legame ionico, legame covalente, legame covalente polare e legame dativo. Legame metallico.
Legami semplici e legami multipli, legami s e p.
1.3: Struttura e geometria molecolare
Strutture di Lewis. Teoria VSEPR. Polarità delle molecole. Teoria del legame di valenza. Ibridazione. Teoria degli orbitali molecolari (cenni).
1.4: Elementi, composti e nomenclatura
Metalli e non metalli: cationi e anioni. Sali degli idracidi, idracidi, idruri. Ossidi e anidridi, idrossidi e ossiacidi. Sali degli ossiacidi, sali acidi.
1.5: Stati di aggregazione della materia
Forze intermolecolari: forze di van der Waals, legame a idrogeno.
Stato solido: solidi cristallini e solidi amorfi. Solidi ionici, molecolari, covalenti, metallici.
Stato liquido: processo di evaporazione, tensione di vapore, punto di ebollizione, tensione superficiale.
Stato gassoso: pressione, volume e temperatura. Leggi empiriche dei gas. Equazione di stato dei gas ideali. Miscele gassose: pressione parziale e legge di Dalton. Teoria cinetica dei gas (cenni). Gas reali. L'equazione di van der Waals per i gas reali. Liquefazione dei gas.
Transizioni di fase: fusione, evaporazione, sublimazione. Curva di riscaldamento. Diagramma di stato di H2O e di CO2.
ESERCITAZIONI IN AULA:
1.1) Struttura elettronica e proprietà periodiche
1.2) Geometria molecolare
1.3) Nomenclatura dei composti
1.4) Leggi dei gas
UNITÀ 2: Leggi delle trasformazioni della materia (2 CFU)
2.1: Mole e calcoli stechiometrici
Massa atomica e massa molecolare. Concetto di mole.
Bilanciamento di reazioni in genere. Calcoli stechiometrici: relazioni ponderali tra reagenti e prodotti. Il reagente limitante.
2.2: Soluzioni
Concentrazione delle soluzioni: molarità, normalità, molalità, percentuale in peso, percentuale in volume. Solubilità dei gas. Diluizioni e mescolamento di soluzioni. Elettroliti forti e deboli, non elettroliti.
Soluzioni ideali. Legge di Raoult. Soluzioni reali.
Soluzioni diluite di soluti poco volatili. Proprietà colligative: abbassamento della tensione di vapore, innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, pressione osmotica.
2.3: Termodinamica chimica
Sistema e ambiente. Funzioni di stato. Entalpia: reazioni esotermiche ed endotermiche, entalpia di formazione standard, legge di Hess. Entropia. Energia libera: criteri di spontaneità di una reazione.
2.4: Equilibrio chimico
Reazioni reversibili. Equilibrio dinamico. Legge di azione di massa: costanti di equilibrio Kc e Kp. Equilibri eterogenei. Quoziente di reazione. Composizioni di miscele all'equilibrio. Principio di Le Châtelier.
2.5: Cinetica chimica
Velocità di reazione: velocità istantanea, velocità iniziale. Dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione: leggi cinetiche e costante cinetica. Effetto della temperatura sulla velocità di reazione: energia di attivazione. Teoria delle collisioni (cenni). Catalizzatori
2.6: Reazioni redox
Numeri di ossidazione. Reazioni di ossido-riduzione. Bilanciamento delle equazioni redox.
2.7: Elettrochimica
Celle galvaniche: generalità. Pile chimiche commerciali. Forza elettromotrice di una pila. Elettrodo normale di idrogeno. Potenziale di un semielemento. Serie dei potenziali redox standard. Equazione di Nernst. Pile a concentrazione. Elettrolisi (cenni).
ESERCITAZIONI IN AULA:
2.1) Bilanciamento di reazioni e calcoli stechiometrici
2.2) Misure di concentrazione
2.3) Proprietà colligative
2.4) Termodinamica
2.5) Equilibrio chimico
2.6) Reazioni redox
UNITÀ 3: Equilibri in soluzione (2 CFU)
3.1: Equilibri acido-base
Acidi e basi secondo Arrhenius e Brönsted-Lowry, acidi e basi secondo Lewis. Coppie coniugate di acido-base. Forza degli acidi e delle basi: costanti di ionizzazione. Autoprotolisi dell'acqua: effetto livellante dell'acqua.
Definizione di pH. Soluzioni acide e basiche.
Soluzioni acquose di acidi e basi forti. Calcolo del pH. Reazioni di neutralizzazione.
Soluzioni acquose di acidi e basi deboli. Calcolo del pH. Acidi poliprotici.
Soluzioni acquose di sali: reazioni di idrolisi e calcolo del pH.
Soluzioni tampone: composizione, formazione, calcolo del pH. Potere tampone. Funzionamento di una soluzione tampone.
Titolazione Acido-Base
ESERCITAZIONI IN AULA:
3.1) Acidi e basi forti
3.2) Acidi e basi deboli
3.3) Idrolisi dei sali
3.4) Tamponi e loro funzionamento
LIBRI DI TESTO
Testi consigliati per studio e/o approfondimenti:
J. Burdge, J. Overby, Chimica generale, Edra.
C. Kotz, P. M. Treichel, J. R. Townsend e D. A. Treichel, Chimica, VII edizione EdiSES
N.J. Tro, Introduzione alla chimica, Pearson
A.M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio, Fondamenti di Chimica, Casa Editrice Ambrosiana
P. Zanello, R. Gobetto, R. Zanoni, Conoscere la Chimica, Casa Editrice Ambrosiana
R. Bertani, D.A. Clemente, G. Depaoli, P. Di Bernardo, M. Gleria, B. Longato, U. Mazzi, G.A. Rizzi, G. Sotgiu, M. Vidali, Chimica Generale e Inorganica, Casa Editrice Ambrosiana
I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, Chimica, Casa Editrice Ambrosiana
P. Atkins, L. Jones, L. Laverman Principi di chimica, Zanichelli
Kotz, Treichel, Townsend, Chimica, Edises
F. Cacace, M. Schiavello, Stechiometria, Bulzoni
F. Nobile, P. Mastrorilli, La Chimica di base attraverso gli esercizi, Casa Editrice Ambrosiana
MODALITÀ DI VALUTAZIONE
Il Corso Integrato di Fondamenti di Chimica è composto da 2 moduli:- Chimica Generale
- Chimica Organica
Per superare l'esame occorre dimostrare adeguate conoscenze di Chimica attraverso due prove, una relativa alla Chimica Generale ed una relativa alla Chimica Organica, il superamento della prova di Chimica Generale è propedeutico allo svolgimento della prova relativa al modulo di Chimica Organica. l'intero esame deve essere concluso entro un anno.
La verifica dell'apprendimento relativa all'insegnamento di Chimica Generale è costituita da una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta si considera superata con una votazione minima di 18/30. Il superamento della prova scritta permette l'accesso alla prova orale, che deve essere sostenuta entro la sessione in cui si è superata la prova scritta. Il superamento della prova per il modulo di Chimica Generale permette di sostenere la prova per il modulo di Chimica Organica.
PROVE DI AUTOVALUTAZIONE
1° prova in itinere (24.11.23)
1.1: Struttura atomica
1.2: Il legame chimico
1.3: Struttura e geometria molecolare
1.4: Elementi, composti e nomenclatura
1.5: Stati di aggregazione della materia
2.1: Mole e calcoli stechiometrici
2.2: Soluzioni
2.3: Termodinamica chimica
2° prova in itinere (Venerdì 12 gennaio 2024)
2.4: Equilibrio chimico
2.5: Cinetica chimica
2.6: Reazioni redox
2.7: Elettrochimica
3.1: Equilibri acido-base