Insegnamenti

 

CHIMICA

Il corso di chimica è un corso comune a tutti i corsi di studio della Facoltà di Ingegneria e viene impartito nel primo semestre del primo anno.

Nel pdf allegato sono contenute le informazioni relative al corso di chimica insieme al programma dettagliato

Scheda del corso

Orario di ricevimento
L’orario di ricevimento è il lunedì e il mercoledì dalle 15:00 alle 17:00 presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali.

IA/0171 - CHIMICA 1

Anno Accademico ​2020/2021

Docente
ANNALISA ​VACCA (Tit.)
Periodo
Primo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/77] ​ ​INGEGNERIA CHIMICA [77/00 - Ord. 2020] ​ ​PERCORSO COMUNE990
Obiettivi

Il corso si propone di fornire le basi necessarie per l'interpretazione di fenomeni chimici, per la conoscenza della struttura e proprietà della materia e per la comprensione ed il calcolo dei fenomeni energetici relativi a sistemi chimici ed elettrochimici.
In particolare lo studente avrà come obiettivi formativi le seguenti:
Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente al termine del corso acquisirà le conoscenze di base delle scienze chimiche. In particolare le conoscenze riguardano la struttura della materia e i principi che regolano le sue trasformazioni chimico-fisiche (trasformazioni di fase e reazioni chimiche). La comprensione degli equilibri chimici, dei fenomeni energetici e dei meccanismi di trasformazione, in relazione alla struttura atomica ed alla natura dei legami chimici, rappresenta l’obiettivo principale del corso.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze sulla struttura della materia e sui principi che regolano la sua trasformazione con riferimento all’interpretazione e bilanciamento stechiometrico di reazioni chimiche, la conoscenza della struttura dei solidi (ionici, covalenti, metallici e molecolari), alle proprietà chimiche elementari di liquidi, gas e soluzioni, all’interpretazione e calcolo di fenomeni energetici relativi a sistemi chimici ed elettrochimici. Lo studente sarà in grado di applicare tali conoscenze alla soluzione di problemi numerici.
Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di valutare autonomamente:
- la validità e i limiti di approssimazione dei modelli interpretativi della struttura della materia;
- gli ambiti di utilizzo dei principi della stechiometria e della termodinamica ai fini della conduzione delle reazioni chimiche.
Abilità comunicative: Lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere concetti inerenti la struttura della materia, le sue trasformazioni ed i principi della termodinamica delle reazioni chimiche utilizzando un linguaggio scientifico appropriato
Capacità di apprendere: Le conoscenze acquisite contribuiranno alla formazione del bagaglio di conoscenza delle discipline fenomenologiche (fisiche e chimiche) e questo consentirà allo studente di proseguire gli studi ingegneristici con maggiore autonomia e discernimento.

Prerequisiti

Il corso si colloca al primo anno e pertanto i prerequisiti sono quelli richiesti per il superamento della prova di accesso alla Facoltà di Ingegneria. Le conoscenze delle nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi, la simbologia di elementi e composti, il bilanciamento delle reazioni elementari, semplici calcoli stechiometrici costituiscono un utile base per seguire il corso. La conoscenza delle unità di misura e la loro conversione, dei logaritmi e delle equazioni algebriche a una variabile sono indispensabili per frequentare (o studiare autonomamente) il corso.

Contenuti

ELEMENTI, SOSTANZE E CALCOLI STECHIOMETRICI (lezione 5h-esercitazione 4h): Particelle fondamentali in un atomo. Numero atomico e numero di massa. Nuclidi, isotopi
ed elementi. Massa atomica relativa. Sostanze e formule molecolari. Masse molecolari relative e masse formali relative. Composizione elementare, formula minima e molecolare. La mole. Reazioni chimiche e calcoli stechiometrici. Rendimento di una reazione.
STRUTTURA ATOMICA E CLASSIFICAZIONE PERIODICA DEGLI ELEMENTI (lezione 6h-esercitazione 2h): Modello ondulatorio - corpuscolare della luce. Spettri atomici. Il modello quantistico di Bohr dell'atomo di idrogeno. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Modello quantistico-ondulatorio dell’atomo di idrogeno. Numeri quantici e orbitali atomici. Struttura elettronica di atomi polielettronici. Sistema periodico e proprietà periodiche degli elementi.
LEGAMI CHIMICI (lezione 6h-esercitazione 3h): Legame ionico: energia reticolare. Legame covalente: teorie del legame di valenza e degli orbitali molecolari. Geometria molecolare, teoria dell'ibridazione e VSEPR. Risonanza. Legame metallico. Forze intermolecolari.
STATI DI OSSIDAZIONE DEGLI ELEMENTI, REAZIONI REDOX, NOMENCLATURA. (lezione 4h-esercitazione 3h): Stato di ossidazione. Variazione dello stato di ossidazione: ossidazione, riduzione e reazioni redox. Bilanciamento di equazioni redox. Nomenclatura chimica.
STATO DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA (lezione 5h-esercitazione 3h): Stato gassoso. Proprietà macroscopiche dei gas; Gas ideale ed equazione di stato; Applicazione della legge dei gas in chimica; Cenni sulla distribuzione statistica della velocità e della energia cinetica traslazionale (Maxwell-Boltzmann). Miscugli gassosi: frazioni molari, pressioni parziali; Stato solido. Solidi ionici, molecolari, covalenti e metallici. Stato liquido. Soluzioni liquide: concentrazione dei soluti e diluizione.
TERMODINAMICA CHIMICA: (lezione 6h-esercitazione 2h): Sistemi termodinamico e ambiente: funzioni di stato. Calore e lavoro. I° principio della termodinamica. Entalpia e legge di Hess. II° principio della termodinamica. Entropia. III° Principio della termodinamica. Energia libera di Gibbs. Criteri di spontaneità e di equilibrio nelle reazioni chimiche e nelle trasformazioni di fase.
EQUILIBRI DI FASE (lezione 3h): Equilibri tra fasi diverse di una stessa sostanza: diagramma di stato dell’acqua e dell’anidride carbonica.
PROPRIETÀ DELLE SOLUZIONI (lezione 4h-esercitazione 2h): Proprietà colligative delle soluzioni.
CENNI DI CINETICA CHIMICA E CATALISI (lezione 2h) Velocità di reazione. Energia di attivazione e catalizzatori.
EQUILIBRI CHIMICI (lezione 6h-esercitazione 4h): Equilibri chimici omogenei ed eterogenei. Variazione dell'energia libera di Gibbs. – Legge dell'equilibrio chimico: costante di equilibrio di una reazione. Dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura. Principio di le Chatelier ed influenza della temperatura sull'equilibrio.
EQUILIBRI IONICI IN SOLUZIONE ACQUOSA (lezione 6h-esercitazione 4h): Definizione di acido e di base secondo Arrhenius; Reazione acido-base secondo Bronsted; La reazione di autoionizzazione dell'acqua. Definizione e calcolo del pH; Elettroliti: acidi e basi, sali ed anfoliti. Forza di acidi e basi da fattori strutturali. Soluzioni tampone. Titolazioni acido-base. Soluzioni sature di soluti elettrolitici. Solubilità e prodotto di solubilità. Proprietà colligative di soluzioni di elettroliti.
ELETTROCHIMICA (lezione 6h-esercitazione 4h): Reazioni redox e loro bilanciamento. Dispositivi elettrochimici: celle galvaniche e celle di elettrolisi; L’equazione di Nernst; Forza elettromotrice di un elemento galvanico; Tabelle dei potenziali standard di riduzione; Elettrolisi e legge di Faraday. Fenomeni di sovratensione.

Metodi Didattici

Il corso si avvale di lezioni frontali tradizionali e lezioni online utilizzando strategie di apprendimento misto e flipped classroom. Per valutare il livello delle conoscenze acquisite dalla classe durante le lezioni, saranno svolti dei test a risposta multipla eseguibili da smartphone sulla piattaforma moodle al termine di ciascun argomento del corso. L’analisi delle risposte raccolte in tempo reale consentirà di stabilire quali argomenti riprendere prima di proseguire ai temi successivi. Tutto il materiale didattico sarà disponibile nella piattaforma di didattica on-line moodle. Le comunicazioni al di fuori delle ore didattiche faranno anche uso di strumenti come MS Teams.

Verifica dell'apprendimento

L'esame finale è costituito da una prova scritta e da una eventuale prova orale. La prova scritta comprende la risoluzione di uno o più problemi numerici, analoghi a quelli svolti nelle esercitazioni in aula, e una serie di domande sulla parte teorica. In particolare gli esercizi commentati sono volti ad accertare la capacità di applicare le conoscenze sulla struttura della materia e sui principi che regolano la sua trasformazione con riferimento all’interpretazione e bilanciamento stechiometrico di reazioni chimiche, alle proprietà chimiche elementari di liquidi, gas e soluzioni, all’interpretazione e calcolo di fenomeni energetici relativi a sistemi chimici ed elettrochimici. Attraverso le domande di teoria si accerterà il livello di comprensione degli equilibri chimici, dei fenomeni energetici e dei meccanismi di trasformazione. Inoltre le risposte alle domande di teoria darà indicazioni sulle abilità comunicative (chiarezza e sintesi) e sull’uso del linguaggio tecnico-scientifico. Il punteggio della prova d’esame è espresso in trentesimi: la prova scritta concorre al voto finale fino ad un massimo di 27/30. La verifica dei risultati di apprendimento è completata dalla prova orale (non obbligatoria) nella quale viene anche discusso il compito. Sono inoltre previste due prove scritte in itinere aventi come punteggio massimo 12 e 15: la somma delle due prove costituisce il voto finale della prova scritta.
Per il superamento dell’esame (18/30), lo studente deve dimostrare di avere una conoscenza sufficiente dei principi fondamentali che regolano le proprietà e le trasformazioni della materia, deve saper individuare ed utilizzare i procedimenti necessari per la soluzione di alcuni dei quesiti proposti. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode lo studente deve dimostrare di aver conseguito una eccellente conoscenza dell materia, con un ottimo grado di approfondimento. Sarà inoltre in grado di proporre e sviluppare l’approccio più opportuno per la risoluzione dei problemi posti. Saprà anche collegare agevolemte i differenti argomenti del corso e illustrare con proprietà di linguaggio e chiarezza espositiva gli argomenti oggetto della prova orale.
Le modalità di esame potranno subire variazioni a seguito dell’emergenza COVID.

Testi

I testi di seguito riportati sono alternativi:
Napoli; Schiavello-Palmisano, “Fondamenti di Chimica”,
D.W.Oxtoboy, N.H.Nachtrib – “Chimica moderna” – Edises
Edises Napoli; Silvestroni, “Fondamenti di Chimica”; ed. Veschi.

Altre Informazioni

Il materiale didattico comprensivo di lucidi di lezione, esercitazioni svolte e testi di esame delle sessioni precedenti sono scaricabili da Moodle.

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