Basic knowledge of chemistry and physics

The aim of this subject is to introduce students to the molecular-level understanding of the physicochemical properties of organic substances aimed at characteristics of materials and nanomaterials. The course will be tailored to master students with a specific background and interest in material sciences and technologies, industrial chemistry, chemical engineering. The overall aim of the course is to train the students in the basic concepts and technologies related to molecular materials possessing useful functional properties. Particular attentions will be devoted to responsive and adaptive materials and to the correlation between the (nano)structure of the molecular components and the functional properties the hybrid materials.

After completing this course, the student should be able to:

- Define what constitutes an organic compound. Apply the naming and drawing conventions to describe different classes of organic compounds.

- Describe the range of molecular structures found among organic compounds.

 - Describe the physical structure of chemical isomers.

 - Manage general and organic chemistry issues in general.

- Understand the principles and managing the results deriving by application of spectroscopic techniques mainly devoted to the characterization of organic materials.

The course consists of frontal lessons by using slides and classroom simulation of experiments. The frontal lessons are aimed at improving students' knowledge through the presentation of theories, models and methods.

Part of the practice-oriented course will be focused on the application of spectroscopic techniques for analysis of organics and hybrid materials in general.

In the final exam will be discussed the topics presented during the lectures as well as to provide a full structural interpretation of FT-IR, MS, 1H- and 13C- NMR spectra to elucidate the structures of an unknown compound.

Experimental studies carried out by spectroscopic techniques for analyzing the information obtained can be given strong modern analytical framework for the creation of new (organic, inorganic composite, nano) materials. On the other, application of spectroscopic methods is of fundamental importance for monitoring and development of a variety of industrial processes.

The audience for this short practice-oriented courses include PhD students interested in deepening the analytical potential of the instruments listed as follow:

6540 UHD ACCURATE-MASS Q TOF LC/MS. GC/MS 6890 SERIES+5973NETWORK,  iCAP Q ICP-MS, Dynamic Light Scattering, FT/IR-660 PLUS + IRT-30 INFRARED MICROSCOPE. NMR AV 400, EPR EMX MICRO,  UV Vis SPECTROMETER CARY 100 SCAN. Magnetic resonances (NMR, ESR)

Covalent bonds and shape of molecules (2 hours).

Acids and bases (2 hours).

Alkanes and Cycloalkanes (2 hours).

 Alkenes (2 hours).

Alkenes: Reactivity (3 hours).

Chirality (3 hours).

Alkynes (2 hours).

Alkyl halides (3 hours).

Alcohols, ethers and thiols (1 hour).

Benzene and its derivatives (3 hours).

Amines (1 hour).

Aldehydes and ketones (2 hours).

Carboxylic acids (3 hours).

Functional derivatives of carboxylic acids (3 hours).

Infrared spectroscopy (6 hours). Mass Spectrometry (6 hours).

NMR Spectroscopy (10 hours).

Tutorials (27 hours)

McMurry J.E. - Fundamentals of Organic Chemistry, 7th ed. – 2010

Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz, George S., Introduction to Spectroscopy

William H. Brown, Thomas Poon, Introduction to Organic Chemistry, 6th Edition, Wiley

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione. Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Il corso si articola in lezioni frontali integrate da esercitazioni numeriche finalizzate alla conoscenza, approfondimento e assimilazione dei fondamenti chimici delle tecnologie. I principali contenuti riguardano: struttura dell'atomo, legame chimico, formule, nomenclatura, legame chimico, proprietà della materia nei diversi stati di aggregazione, reazioni chimiche, soluzioni, termochimica,  elettrochimica e fondamenti di chimica organica.

Alla fine del corso lo studente deve:

*saper utilizzare la tavola periodica degli elementi per ricavare informazioni di natura chimica e chimico fisica in diverse categorie di sostanze (organiche, inorganiche).

*conoscere il concetto di valenza degli atomi, determinare della formula molecolare delle principali classi di composti e la loro nomenclatura.

*saper distinguere, rappresentare e descrivere i principali tipi di legame chimico nelle varie classi di materiali.

*saper bilanciare reazioni chimiche: acido-base, combustione, ossido-riduzioni; nonché, saper eseguire correttamente calcoli stechiometrici.

*Illustrare le caratteristiche dei materiali nei diversi stati di aggregazione.

*Conoscere gli aspetti fondamentali e le implicazioni in campo tecnologico delle trasformazioni chimiche sia da un punto di vista cinetico sia da un punto di vista energetico.

*Conoscere le principali classi di composti organici e la loro reattività. 

Lezioni frontali integrate con esercitazioni svolte in aula.

L’esame consiste in una prova scritta inerente gli argomenti trattati a lezione che sarà propedeutica alla prova orale finale.

FONDAMENTI

Stati della materia e separazioni. Miscele e sostanze pure. Leggi fondamentali della chimica. Simboli e formule. Peso atomico e peso molecolare. Mole e Peso molare. Composizione percentuale, determinazione della formula empirica e molecolare.

STRUTTURA ATOMICA 

Teoria atomica di Dalton. Tubi a raggi catodici. Modello di Thomson, esperienza di Millikan e di Rutherford. Quantizzazione dell’energia. Spettri di righe e modello atomico di Bohr. Natura corpuscolare-ondulatoria della materia. Equazione di Schrödinger. Numeri quantici e orbitali atomici. Configurazione elettronica degli atomi. Tavola periodica. Proprietà periodiche degli elementi.

LEGAME CHIMICO

Legame ionico. Legame covalente. Strutture di Lewis. Proprietà dei legami. Polarità delle molecole. Teoria VSEPR. Teoria del legame di valenza e ibridazione. Teoria degli orbitali molecolari. Legame metallico.

NOMENCLATURA

Nomenclatura IUPAC e tradizionale. Numero di ossidazione. Composti Binari. Ossidi e anidridi. Anioni e cationi poliatomici. Idrossidi. Ossiacidi. Sali.

REAZIONI CHIMICHE

Equazioni chimiche. Tipi di reazioni chimiche. Reazioni in soluzione acquosa. Reazioni redox. Bilanciamento. Calcoli stechiometrici. Il reagente limitante. La resa.

STATO GASSOSO

Gas ideali. Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas. Leggi di gas e stechiometria. Teoria cinetica molecolare dei gas. Miscugli gassosi. Gas reali.

STATI CONDENSATI ED EQUILIBRI TRA FASI

Forze intermolecolari e legame idrogeno. Proprietà dei liquidi: viscosità, tensione superficiale, tensione di vapore. Stato solido e i materiali moderni: solidi cristallini e amorfi, reticolo cristallino, solidi ionici, solidi covalenti, solidi molecolari, metalli, nanomateriali. Passaggi di stato: curve di riscaldamento e diagrammi di stato.

SOLUZIONI

Solubilità. Modi di esprimere la concentrazione. Proprietà colligative. Dissociazione elettrolitica.

TERMODINAMICA

Varie forme di energia: lavoro, calore, energia interna. Principi della termodinamica. Entalpia. Variazioni di entalpia nelle reazioni chimiche e legge di Hess. Reazioni spontanee. Entropia. Energia libera di Gibbs.

CENNI DI CINETICA CHIMICA

Velocità di reazione. Leggi cinetiche. Reazioni elementari e meccanismi di reazioni. Equazione di Arrhenius. Catalisi.

EQUILIBRIO CHIMICO

Reazioni reversibili. Equilibrio in sistemi omogenei ed eterogenei. Legge di azione di massa: Kc e Kp, Kn. Grado di avanzamento della reazione. Principio di Le Chatelier.

ACIDI E BASI IN SOLUZIONE

 Autoprotolisi dell’acqua. Teorie acido-base. pH, pOH e pK. Acidi e basi forti e deboli. Idrolisi. Soluzioni tampone. Sali poco solubili e prodotto di solubilità.

ELETTROCHIMICA

Celle galvaniche. Potenziali di cella e potenziali standard. Equazione di Nernst. Pile di uso pratico. Elettrolisi. Leggi di Faraday.

CENNI DI CHIMICA INORGANICA

ELEMENTI DI CHIMICA ORGANICA

Il carbonio. Nomenclatura, proprietà e reattività delle principali classi di idrocarburi. Nomenclatura, proprietà e reattività delle principali classi di composti. Reazioni in chimica organica. Polimeri (naturali, sintetici). 

Fondamenti di Chimica IV o V °/Ed. Schiavello - Palmisano. Casa Editrice: Edises

LA CHIMICA DI BASE CON ESERCIZI -  Nobile C. F., Mastrorilli P.. Editore: CEA - Casa Editrice Ambrosiana

Basic knowledge of chemistry and physics

The aim of this subject is to introduce students to the molecular-level understanding of the physicochemical properties of organic substances aimed at characteristics of materials and nanomaterials. The course will be tailored to master students with a specific background and interest in material sciences and technologies, industrial chemistry, chemical engineering. The overall aim of the course is to train the students in the basic concepts and technologies related to molecular materials possessing useful functional properties. Particular attentions will be devoted to responsive and adaptive materials and to the correlation between the (nano)structure of the molecular components and the functional properties the hybrid materials.

After completing this course, the student should be able to:

- Define what constitutes an organic compound. Apply the naming and drawing conventions to describe different classes of organic compounds.

- Describe the range of molecular structures found among organic compounds.

 - Describe the physical structure of chemical isomers.

 - Manage general and organic chemistry issues in general.

- Understand the principles and managing the results deriving by application of spectroscopic techniques mainly devoted to the characterization of organic materials.

The course consists of frontal lessons by using slides and classroom simulation of experiments. The frontal lessons are aimed at improving students' knowledge through the presentation of theories, models and methods.

Part of the practice-oriented course will be focused on the application of spectroscopic techniques for analysis of organics and hybrid materials in general.

In the final exam will be discussed the topics presented during the lectures as well as to provide a full structural interpretation of FT-IR, MS, 1H- and 13C- NMR spectra to elucidate the structures of an unknown compound.

Experimental studies carried out by spectroscopic techniques for analyzing the information obtained can be given strong modern analytical framework for the creation of new (organic, inorganic composite, nano) materials. On the other, application of spectroscopic methods is of fundamental importance for monitoring and development of a variety of industrial processes.

The audience for this short practice-oriented courses include PhD students interested in deepening the analytical potential of the instruments listed as follow:

6540 UHD ACCURATE-MASS Q TOF LC/MS. GC/MS 6890 SERIES+5973NETWORK,  iCAP Q ICP-MS, Dynamic Light Scattering, FT/IR-660 PLUS + IRT-30 INFRARED MICROSCOPE. NMR AV 400, EPR EMX MICRO,  UV Vis SPECTROMETER CARY 100 SCAN. Magnetic resonances (NMR, ESR)

Covalent bonds and shape of molecules (2 hours).

Acids and bases (2 hours).

Alkanes and Cycloalkanes (2 hours).

 Alkenes (2 hours).

Alkenes: Reactivity (3 hours).

Chirality (3 hours).

Alkynes (2 hours).

Alkyl halides (3 hours).

Alcohols, ethers and thiols (1 hour).

Benzene and its derivatives (3 hours).

Amines (1 hour).

Aldehydes and ketones (2 hours).

Carboxylic acids (3 hours).

Functional derivatives of carboxylic acids (3 hours).

Infrared spectroscopy (6 hours). Mass Spectrometry (6 hours).

NMR Spectroscopy (10 hours).

Tutorials (27 hours)

McMurry J.E. - Fundamentals of Organic Chemistry, 7th ed. – 2010

Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz, George S., Introduction to Spectroscopy

William H. Brown, Thomas Poon, Introduction to Organic Chemistry, 6th Edition, Wiley

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione.

Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Questo corso di Chimica e Chimica Organica è stato progettato in modo tale da mettere in evidenza i principi fondamentali delle scienze chimiche dandone una visione interdisciplinare.  Il corso fornirà agli studenti un solido background per comprendere le basi molecolari di discipline ad indirizzo medico-tecnologico e biomedico. Il corso si articolerà in lezioni frontali integrate da esercitazioni numeriche e di laboratorio finalizzate alla conoscenza, approfondimento e assimilazione dei fondamenti chimici delle tecnologie. 

La prima parte del Corso si propone di fornire agli studenti la conoscenza delle basi quantomeccaniche della Tavola Periodica e, di conseguenza, la capacità di spiegare le tendenze nel comportamento chimico dei diversi elementi. Il corso prosegue fornendo una panoramica sui legami chimici, dalle semplici molecole inorganiche alle molecole e polimeri organici più sofisticati.

Parallelamente a queste argomenti trattati nel Corso, viene fornita anche un'introduzione alla termodinamica e alla cinetica che consente agli studenti di razionalizzare e prevedere la reattività chimica e di studiare gli equilibri in soluzioni acquose, con particolare enfasi sugli equilibri acido-base ed elettrochimici.

La seconda parte del Corso dedicata alla chimica organica, si propone di fornire agli studenti un'idea dei principali gruppi funzionali, delle loro proprietà e reattività sulla base delle conoscenze acquisite durante la prima parte. Particolare attenzione sarà dedicata alla struttura tridimensionale delle molecole organiche e a quelle reazioni fondamentali per comprendere i processi biologici. Verrà trattata un'introduzione alla struttura e alla chimica dei biopolimeri, come peptidi e proteine, carboidrati, DNA e RNA, per fornire agli studenti una solida base per comprendere il coinvolgimento di tali biopolimeri in molti processi biologici. Durante il Corso si svolgeranno prove intermedie al fine di fornire agli studenti uno strumento di autovalutazione nel processo di apprendimento.

Lezioni frontali integrate con esercitazioni numeriche erogabili in aula ed attività laboratoriali selezionate.

L’esame consiste in una prova scritta il cui superamento è propedeutico alla prova orale.

1. INTRODUZIONE ALLA CHIMICA E STRUTTURA ATOMICA  

La classificazione della materia: proprietà fisiche e chimiche

Caratteristica microscopica della materia: atomi e molecole La teoria di Bohr e i numeri quantici

La duplice natura degli elettroni: equazione di Schrödinger e orbitali atomici

Configurazioni elettroniche degli elementi

Proprietà periodiche degli elementi

La tavola periodica degli elementi

Concetto di mole

2. LEGAME CHIMICO

Teoria del legame di valenza e strutture di Lewis

Elettronegatività

Legami covalenti. Legame ionico, metallico. Legami deboli.

Ibridazione di orbitali atomici e geometria molecolare

Interazioni intermolecolari

Teoria degli orbitali molecolari

3. CLASSIFICAZIONE DELLE SOSTANZE E LORO TRASFORMAZIONI

Principali classi di composti inorganici: idruri, idracidi, ossidi, perossidi, idrossidi, ossiacidi.

Nomenclatura, proprietà acido-base, ossidoriduzioni.

Bilanciamento dei reazioni e calcoli stechiometrici.

4. STATI DELLA MATERIA E PASSAGGI DI STATO

Gas: modello di gas ideale ed equazione di stato dei gas ideali

Liquido: tensione di vapore e tensione superficiale

Solido: classificazione e proprietà

Cambiamenti di fase e diagrammi di fase

5. LE SOLUZIONI

Vari tipi di soluzioni

Modi di esprimere la concentrazione di una soluzione

Proprietà colligative di soluzioni non elettrolitiche ed elettrolitiche

6. CINETICA CHIMICA ED EQUILIBRIO CHIMICO

Velocità di reazione. Fattori che influenzano la cinetica di una reazione.

 Leggi di Velocità.  

 Concetto di equilibrio e costanti di equilibrio

 Fattori che influenzano l'equilibrio chimico

 Equilibrio omogeneo ed eterogeneo

 Teoria delle collisioni e velocità di una reazione

 Energia di attivazione e meccanismo di reazione

7. EQUILIBRI IONICI IN SOLUZIONE ACQUOSA, PARTE I: ACIDI E BASI

 Acidi e basi di Brønsted e Lewis

 Forza di acidi, basi e costanti di ionizzazione

 pH

 Soluzioni tampone

 Idrolisi e solubilità

8. TERMOCHIMICA 

Entalpia nelle reazioni chimiche

Entropia nelle reazioni chimiche

Energia libera di Gibbs nelle reazioni chimiche

Spontaneità di reazione

9. EQUILIBRI IONICI IN SOLUZIONE ACQUOSA, PARTE II: ELETTROCHIMICA

Reazioni redox

Celle galvaniche

Potenziale di riduzione standard e pile, forza elettromotrice di una pila

Elettrolisi

CHIMICA ORGANICA

10. INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ORGANICA E AGLI IDROCARBURI

Classi di molecole organiche: gruppi funzionali

Alcani, alcheni, alchini e composti aromatici: nomenclatura, proprietà fisiche e reattività

Stereo isomeria: Chiralità e stereocentri

Enantiomeri e diastereoisomeri

11. GRUPPI FUNZIONALI IN CHIMICA ORGANICA (Nomenclatura, Proprietà Fisiche e Reattività). 

Alogenuri alchilici, Alcoli, Eteri, Tioli, solfuri e disolfuri.

Composti carbonilici: Aldeidi e Chetoni

Ammine: nomenclatura, proprietà fisiche e reattività

Composti aromatici sostituiti ed eterocicli aromatici

Acidi carbossilici, Esteri e Ammidi

Cenni su polimeri di sintesi e biopolimeri (Carboidrati, Peptidi e proteine,  Acidi nucleici)

LABORATORIO

Misura del pH di una soluzione.

Studio di equilibri acido-base

Riconoscimento di gruppi funzionali mediante tecniche analitiche.

Fondamenti di Chimica V °Ed. Schiavello - Palmisano. Casa Editrice: Edises

La chimica di base con esercizi terza Edizione -  Nobile F., Mastrorilli P.. Editore: CEA - Casa Editrice Ambrosiana

Appunti a cura del docente.

Basic knowledge of chemistry and physics

The aim of this subject is to introduce students to the molecular-level understanding of the physicochemical properties of organic substances aimed at characteristics of materials and nanomaterials. The course will be tailored to master students with a specific background and interest in material sciences and technologies, industrial chemistry, chemical engineering. The overall aim of the course is to train the students in the basic concepts and technologies related to molecular materials possessing useful functional properties. Particular attentions will be devoted to responsive and adaptive materials and to the correlation between the (nano)structure of the molecular components and the functional properties the hybrid materials.

After completing this course, the student should be able to:

- Define what constitutes an organic compound. Apply the naming and drawing conventions to describe different classes of organic compounds.

- Describe the range of molecular structures found among organic compounds.

 - Describe the physical structure of chemical isomers.

 - Manage general and organic chemistry issues in general.

- Understand the principles and managing the results deriving by application of spectroscopic techniques mainly devoted to the characterization of organic materials.

The course consists of frontal lessons by using slides and classroom simulation of experiments. The frontal lessons are aimed at improving students' knowledge through the presentation of theories, models and methods.

Part of the practice-oriented course will be focused on the application of spectroscopic techniques for analysis of organics and hybrid materials in general.

In the final exam will be discussed the topics presented during the lectures as well as to provide a full structural interpretation of FT-IR, MS, 1H- and 13C- NMR spectra to elucidate the structures of an unknown compound.

Experimental studies carried out by spectroscopic techniques for analyzing the information obtained can be given strong modern analytical framework for the creation of new (organic, inorganic composite, nano) materials. On the other, application of spectroscopic methods is of fundamental importance for monitoring and development of a variety of industrial processes.

The audience for this short practice-oriented courses include PhD students interested in deepening the analytical potential of the instruments listed as follow:

6540 UHD ACCURATE-MASS Q TOF LC/MS. GC/MS 6890 SERIES+5973NETWORK,  iCAP Q ICP-MS, Dynamic Light Scattering, FT/IR-660 PLUS + IRT-30 INFRARED MICROSCOPE. NMR AV 400, EPR EMX MICRO,  UV Vis SPECTROMETER CARY 100 SCAN. Magnetic resonances (NMR, ESR)

Covalent bonds and shape of molecules (2 hours).

Acids and bases (2 hours).

Alkanes and Cycloalkanes (2 hours).

 Alkenes (2 hours).

Alkenes: Reactivity (3 hours).

Chirality (3 hours).

Alkynes (2 hours).

Alkyl halides (3 hours).

Alcohols, ethers and thiols (1 hour).

Benzene and its derivatives (3 hours).

Amines (1 hour).

Aldehydes and ketones (2 hours).

Carboxylic acids (3 hours).

Functional derivatives of carboxylic acids (3 hours).

Infrared spectroscopy (6 hours). Mass Spectrometry (6 hours).

NMR Spectroscopy (10 hours).

Tutorials (27 hours)

McMurry J.E. - Fundamentals of Organic Chemistry, 7th ed. – 2010

Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz, George S., Introduction to Spectroscopy

William H. Brown, Thomas Poon, Introduction to Organic Chemistry, 6th Edition, Wiley

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione.

Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Questo corso di Chimica e Chimica Organica è stato progettato in modo tale da mettere in evidenza i principi fondamentali delle scienze chimiche dandone una visione interdisciplinare.  Il corso fornirà agli studenti un solido background per comprendere le basi molecolari di discipline ad indirizzo medico-tecnologico e biomedico. Il corso si articolerà in lezioni frontali integrate da esercitazioni numeriche e di laboratorio finalizzate alla conoscenza, approfondimento e assimilazione dei fondamenti chimici delle tecnologie. 

La prima parte del Corso si propone di fornire agli studenti la conoscenza delle basi quantomeccaniche della Tavola Periodica e, di conseguenza, la capacità di spiegare le tendenze nel comportamento chimico dei diversi elementi. Il corso prosegue fornendo una panoramica sui legami chimici, dalle semplici molecole inorganiche alle molecole e polimeri organici più sofisticati.

Parallelamente a queste argomenti trattati nel Corso, viene fornita anche un'introduzione alla termodinamica e alla cinetica che consente agli studenti di razionalizzare e prevedere la reattività chimica e di studiare gli equilibri in soluzioni acquose, con particolare enfasi sugli equilibri acido-base ed elettrochimici.

La seconda parte del Corso dedicata alla chimica organica, si propone di fornire agli studenti un'idea dei principali gruppi funzionali, delle loro proprietà e reattività sulla base delle conoscenze acquisite durante la prima parte. Particolare attenzione sarà dedicata alla struttura tridimensionale delle molecole organiche e a quelle reazioni fondamentali per comprendere i processi biologici. Verrà trattata un'introduzione alla struttura e alla chimica dei biopolimeri, come peptidi e proteine, carboidrati, DNA e RNA, per fornire agli studenti una solida base per comprendere il coinvolgimento di tali biopolimeri in molti processi biologici. Durante il Corso si svolgeranno prove intermedie al fine di fornire agli studenti uno strumento di autovalutazione nel processo di apprendimento.

Lezioni frontali integrate con esercitazioni numeriche erogabili in aula ed attività laboratoriali selezionate.

L’esame consiste in una prova scritta il cui superamento è propedeutico alla prova orale.

1. INTRODUZIONE ALLA CHIMICA E STRUTTURA ATOMICA  

La classificazione della materia: proprietà fisiche e chimiche

Caratteristica microscopica della materia: atomi e molecole La teoria di Bohr e i numeri quantici

La duplice natura degli elettroni: equazione di Schrödinger e orbitali atomici

Configurazioni elettroniche degli elementi

Proprietà periodiche degli elementi

La tavola periodica degli elementi

Concetto di mole

2. LEGAME CHIMICO

Teoria del legame di valenza e strutture di Lewis

Elettronegatività

Legami covalenti. Legame ionico, metallico. Legami deboli.

Ibridazione di orbitali atomici e geometria molecolare

Interazioni intermolecolari

Teoria degli orbitali molecolari

3. CLASSIFICAZIONE DELLE SOSTANZE E LORO TRASFORMAZIONI

Principali classi di composti inorganici: idruri, idracidi, ossidi, perossidi, idrossidi, ossiacidi.

Nomenclatura, proprietà acido-base, ossidoriduzioni.

Bilanciamento dei reazioni e calcoli stechiometrici.

4. STATI DELLA MATERIA E PASSAGGI DI STATO

Gas: modello di gas ideale ed equazione di stato dei gas ideali

Liquido: tensione di vapore e tensione superficiale

Solido: classificazione e proprietà

Cambiamenti di fase e diagrammi di fase

5. TERMOCHIMICA E SOLUZIONI

Entalpia nelle reazioni chimiche

Entropia nelle reazioni chimiche

Energia libera di Gibbs nelle reazioni chimiche

Spontaneità di reazione

Vari tipi di soluzioni

Modi di esprimere la concentrazione di una soluzione

Proprietà colligative di soluzioni non elettrolitiche ed elettrolitiche

6. EQUILIBRIO CHIMICO E CINETICA CHIMICA

 Concetto di equilibrio e costanti di equilibrio

 Fattori che influenzano l'equilibrio chimico

 Equilibrio omogeneo ed eterogeneo

 Teoria delle collisioni e velocità di una reazione

 Energia di attivazione e meccanismo di reazione

 Leggi di Velocità

 Fattori che influenzano la cinetica di una reazione: catalisi

 La relazione tra equilibrio chimico e cinetica chimica

7. EQUILIBRI IONICI IN SOLUZIONE ACQUOSA, PARTE I: ACIDI E BASI

 Acidi e basi di Brønsted e Lewis

 Forza di acidi, basi e costanti di ionizzazione

 pH

 Soluzioni tampone

 Idrolisi e solubilità

8. EQUILIBRI IONICI IN SOLUZIONE ACQUOSA, PARTE II: ELETTROCHIMICA

Reazioni redox

Celle galvaniche

Potenziale di riduzione standard e pile, forza elettromotrice di una pila

Elettrolisi

CHIMICA ORGANICA

9. INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ORGANICA E AGLI IDROCARBURI

Classi di molecole organiche: gruppi funzionali

Alcani, alcheni, alchini e composti aromatici: nomenclatura, proprietà fisiche e reattività

10. STEREOISOMERIA

 Chiralità e stereocentri

 Enantiomeri e diastereoisomeri

11. GRUPPI FUNZIONALI IN CHIMICA ORGANICA (Nomenclatura, Proprietà Fisiche e Reattività). 

Alogenuri alchilici, Alcoli, Eteri, Tioli, solfuri e disolfuri.

Composti carbonilici: Aldeidi e Chetoni

Ammine: nomenclatura, proprietà fisiche e reattività

Composti aromatici sostituiti ed eterocicli aromatici

Acidi carbossilici, Esteri e Ammidi

Cenni su polimeri di sintesi e biopolimeri (Carboidrati, Peptidi e proteine,  Acidi nucleici)

LABORATORIO

Misura del pH di una soluzione.

Studio di equilibri acido-base

Riconoscimento di gruppi funzionali mediante tecniche analitiche.

Fondamenti di Chimica V °Ed. Schiavello - Palmisano. Casa Editrice: Edises

La chimica di base con esercizi terza Edizione -  Nobile F., Mastrorilli P.. Editore: CEA - Casa Editrice Ambrosiana

Appunti a cura del docente.

Basic knowledge of chemistry and physics

The aim of this subject is to introduce students to the molecular-level understanding of the physicochemical properties of organic substances aimed at characteristics of materials and nanomaterials. The course will be tailored to master students with a specific background and interest in material sciences and technologies, industrial chemistry, chemical engineering. The overall aim of the course is to train the students in the basic concepts and technologies related to molecular materials possessing useful functional properties. Particular attentions will be devoted to responsive and adaptive materials and to the correlation between the (nano)structure of the molecular components and the functional properties the hybrid materials.

After completing this course, the student should be able to:

- Define what constitutes an organic compound. Apply the naming and drawing conventions to describe different classes of organic compounds.

- Describe the range of molecular structures found among organic compounds.

 - Describe the physical structure of chemical isomers.

 - Manage general and organic chemistry issues in general.

- Understand the principles and managing the results deriving by application of spectroscopic techniques mainly devoted to the characterization of organic materials.

The course consists of frontal lessons by using slides and classroom simulation of experiments. The frontal lessons are aimed at improving students' knowledge through the presentation of theories, models and methods.

Part of the practice-oriented course will be focused on the application of spectroscopic techniques for analysis of organics and hybrid materials in general.

In the final exam will be discussed the topics presented during the lectures as well as to provide a full structural interpretation of FT-IR, MS, 1H- and 13C- NMR spectra to elucidate the structures of an unknown compound.

Experimental studies carried out by spectroscopic techniques for analyzing the information obtained can be given strong modern analytical framework for the creation of new (organic, inorganic composite, nano) materials. On the other, application of spectroscopic methods is of fundamental importance for monitoring and development of a variety of industrial processes.

The audience for this short practice-oriented courses include PhD students interested in deepening the analytical potential of the instruments listed as follow:

6540 UHD ACCURATE-MASS Q TOF LC/MS. GC/MS 6890 SERIES+5973NETWORK,  iCAP Q ICP-MS, Dynamic Light Scattering, FT/IR-660 PLUS + IRT-30 INFRARED MICROSCOPE. NMR AV 400, EPR EMX MICRO,  UV Vis SPECTROMETER CARY 100 SCAN. Magnetic resonances (NMR, ESR)

Covalent bonds and shape of molecules (2 hours).

Acids and bases (2 hours).

Alkanes and Cycloalkanes (2 hours).

 Alkenes (2 hours).

Alkenes: Reactivity (3 hours).

Chirality (3 hours).

Alkynes (2 hours).

Alkyl halides (3 hours).

Alcohols, ethers and thiols (1 hour).

Benzene and its derivatives (3 hours).

Amines (1 hour).

Aldehydes and ketones (2 hours).

Carboxylic acids (3 hours).

Functional derivatives of carboxylic acids (3 hours).

Infrared spectroscopy (6 hours). Mass Spectrometry (6 hours).

NMR Spectroscopy (10 hours).

Tutorials (27 hours)

McMurry J.E. - Fundamentals of Organic Chemistry, 7th ed. – 2010

Pavia, Donald L., Lampman, Gary M., Kriz, George S., Introduction to Spectroscopy

William H. Brown, Thomas Poon, Introduction to Organic Chemistry, 6th Edition, Wiley

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

-

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione. Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Il corso si articola in lezioni frontali integrate da esercitazioni numeriche finalizzate alla conoscenza, approfondimento e assimilazione dei fondamenti chimici delle tecnologie. I principali contenuti riguardano: struttura dell'atomo, legame chimico, formule, nomenclatura, legame chimico, proprietà della materia nei diversi stati di aggregazione, reazioni chimiche, soluzioni, termochimica ed elettrochimica.

Alla fine del corso lo studente dovrebbe:

*saper utilizzare la tavola periodica degli elementi per ricavare informazioni di natura chimica e chimico fisica in diverse categorie di sostanze.

*conoscere il concetto di valenza degli atomi, determinare della formula molecolare delle principali classi di composti e la loro nomenclatura.

*saper distinguere, rappresentare e descrivere i principali tipi di legame chimico nelle varie classi di materiali.

*saper bilanciare reazioni chimiche: acido-base, combustione, ossido-riduzioni; nonché, saper eseguire correttamente calcoli stechiometrici.

*Illustrare le caratteristiche dei materiali nei diversi stati di aggregazione.

*Conoscere gli aspetti fondamentali e le implicazioni in campo tecnologico delle trasformazioni chimiche sia da un punto di vista cinetico sia da un punto di vista energetico.

Lezioni frontali integrate con esercitazioni numeriche erogabili in aula o per via telematica sulla piattaforma "Microsoft Teams" (dal 15/03/2020)

L’esame consiste in una prova scritta svolta contestualmente alla prova orale per via telematica tramite la piattaforma "Microsoft Teams" (dal 15/03/2020)

Programma del corso

Materia ed energia; stati della materia; simboli degli atomi, formule chimiche; peso atomico, peso molecolare; concetto di mole.  Struttura dell'atomo. Modelli atomici. Orbitali atomici s,p,d,f, configurazione elettronica degli elementi ("aufbau"). Tabella periodica e proprietà periodiche. Nomenclatura chimica, formule chimiche. (8 ore)

 Il legame chimico      

Legame ionico, legame covalente. Formule di struttura di Lewis. Legami semplici e multipli. Ibridizzazione. Proprietà delle molecole. Forze di legame. Legame a ponte di idrogeno. I Metalli. Legame metallico. Conduttori, semiconduttori e isolanti. La teoria degli orbitali molecolari. (8 ore)

Reazioni chimiche  

Equazioni chimiche; reazioni in soluzione acquosa; reazioni acido-base e di ossido-riduzione; bilanciamento delle reazioni; calcoli stechiometrici. (6 ore)

Stato solido       

Solidi cristallini e amorfi, cristalli ionici e covalenti. Struttura dei metalli. (2 ore)

Stato gassoso e stato liquido      

Stato gassoso: leggi dei gas ideali, miscele gassose. Leggi di Dalton. Dissociazione gassosa. Teoria cinetica dei gas.. Temperatura critica. Liquefazione dei gas. Gas reali. Gas reali: equazione di Van der Waals. Proprietà dei liquidi: evaporazione, viscosità, tensione superficiale, tensione di vapore. Equilibrio solido-vapore, solido-liquido. Soluzioni. Modi di esprimere la concentrazione. Proprietà colligative: tensione di vapore, crioscopia ed ebullioscopia, osmosi e pressione osmotica. Equilibri di fasi: diagramma di stato dell'acqua, CO2 e zolfo. (8 ore)

Cinetica chimica

Velocità di reazione. Ordine di reazione. Fattori che influenzano la velocità di reazione. Equazioni cinetiche del 1° e 2° ordine. I catalizzatori. (4 ore)

Equilibrio chimico   

Equilibrio in sistemi omogenei ed eterogenei. Legge dell'azione di massa: Kc, Kp, Kn. Influenza delle variabili intensive sull'equilibrio chimico. Principio di Le Chatelier. Teorie Acido-Base, elettroliti forti e deboli. Dissociazione elettrolitica e grado di dissociazione, pH e pOH; Ka, Kb e Kw. (5 ore)

 Termochimica       

Le varie forme di energia: lavoro, calore, energia interna. Principi della Termodinamica. Entalpia. Legge di Hess. Lavoro e calore., entropia, energia libera (4 ore).

Elettrochimica  

Processi ossido-riduttivi. Conducibilità metallica ed elettrolitica. Celle galvaniche. Equazione di Nernst. Calcolo della F. E. M. Di una pila Elettrolisi. Legge di Faraday. Corrosione e passivazione dei metalli. (4 ore)

Esercitazioni

• Esercizi su configurazione elettronica degli atomi, calcolo su peso molecolare di alcune

Molecole (4 ore)

Esercitazioni su configurazione elettronica degli atomi; Tabella periodica; calcolo del peso molare, calcolo

Delle moli.

• Reazioni Chimiche e loro bilanciamento (4 ore)

Esercizi sul bilanciamento delle reazioni acido-base, reazioni di combustione e reazioni redox

• Formule di struttura e legame chimico (4 ore)

Esempi di molecole con legame covalente e legame ionico. Esercizi su formule di struttura di alcune

Molecole ed orbitali ibridi.

Esercizi su: leggi dei gas, calcolo della concentrazione di soluzioni, proprietà colligative. (5 ore)

• Equilibrio chimico e termochimica (4 ore)

Esercizi su calcolo della Kc, Kp di una reazione; calcolo del pH di una soluzione; calcolo dell'entalpia di reazione

• Elettrochimica (4 ore)

Esercizi sull’applicazione dell’equazione di Nernst; calcolo della f.e.m. di una pila

Testi di riferimento:

[1] M. Schiavello – L. Palmisano, Fondamenti di Chimica, Casa Editrice Edises

[2] Nobile C. F.,  Mastrorilli P., La Chimica di Base con Esercizi, Casa Editrice Ambrosiana

Fondamenti di Chimica IV o V °/Ed. Schiavello - Palmisano. Casa Editrice: Edises

LA CHIMICA DI BASE CON ESERCIZI -  Nobile C. F., Mastrorilli P.. Editore: CEA - Casa Editrice Ambrosiana

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

-

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione. Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Il corso si articola in lezioni frontali integrate da esercitazioni numeriche finalizzate alla conoscenza, approfondimento e assimilazione dei fondamenti chimici delle tecnologie. I principali contenuti riguardano: struttura dell'atomo, legame chimico, formule, nomenclatura, legame chimico, proprietà della materia nei diversi stati di aggregazione, reazioni chimiche, soluzioni, termochimica ed elettrochimica.

Alla fine del corso lo studente dovrebbe:

*saper utilizzare la tavola periodica degli elementi per ricavare informazioni di natura chimica e chimico fisica in diverse categorie di sostanze.

*conoscere il concetto di valenza degli atomi, determinare della formula molecolare delle principali classi di composti e la loro nomenclatura.

*saper distinguere, rappresentare e descrivere i principali tipi di legame chimico nelle varie classi di materiali.

*saper bilanciare reazioni chimiche: acido-base, combustione, ossido-riduzioni; nonché, saper eseguire correttamente calcoli stechiometrici.

*Illustrare le caratteristiche dei materiali nei diversi stati di aggregazione.

*Conoscere gli aspetti fondamentali e le implicazioni in campo tecnologico delle trasformazioni chimiche sia da un punto di vista cinetico sia da un punto di vista energetico.

Lezioni frontali integrate con esercitazioni numeriche erogabili in aula o per via telematica sulla piattaforma "Microsoft Teams" (dal 15/03/2020)

L’esame consiste in una prova scritta svolta contestualmente alla prova orale per via telematica tramite la piattaforma "Microsoft Teams" (dal 15/03/2020)

Programma del corso

Materia ed energia; stati della materia; simboli degli atomi, formule chimiche; peso atomico, peso molecolare; concetto di mole.  Struttura dell'atomo. Modelli atomici. Orbitali atomici s,p,d,f, configurazione elettronica degli elementi ("aufbau"). Tabella periodica e proprietà periodiche. Nomenclatura chimica, formule chimiche. (8 ore)

 Il legame chimico      

Legame ionico, legame covalente. Formule di struttura di Lewis. Legami semplici e multipli. Ibridizzazione. Proprietà delle molecole. Forze di legame. Legame a ponte di idrogeno. I Metalli. Legame metallico. Conduttori, semiconduttori e isolanti. La teoria degli orbitali molecolari. (8 ore)

Reazioni chimiche  

Equazioni chimiche; reazioni in soluzione acquosa; reazioni acido-base e di ossido-riduzione; bilanciamento delle reazioni; calcoli stechiometrici. (6 ore)

Stato solido       

Solidi cristallini e amorfi, cristalli ionici e covalenti. Struttura dei metalli. (2 ore)

Stato gassoso e stato liquido      

Stato gassoso: leggi dei gas ideali, miscele gassose. Leggi di Dalton. Dissociazione gassosa. Teoria cinetica dei gas.. Temperatura critica. Liquefazione dei gas. Gas reali. Gas reali: equazione di Van der Waals. Proprietà dei liquidi: evaporazione, viscosità, tensione superficiale, tensione di vapore. Equilibrio solido-vapore, solido-liquido. Soluzioni. Modi di esprimere la concentrazione. Proprietà colligative: tensione di vapore, crioscopia ed ebullioscopia, osmosi e pressione osmotica. Equilibri di fasi: diagramma di stato dell'acqua, CO2 e zolfo. (8 ore)

Cinetica chimica

Velocità di reazione. Ordine di reazione. Fattori che influenzano la velocità di reazione. Equazioni cinetiche del 1° e 2° ordine. I catalizzatori. (4 ore)

Equilibrio chimico   

Equilibrio in sistemi omogenei ed eterogenei. Legge dell'azione di massa: Kc, Kp, Kn. Influenza delle variabili intensive sull'equilibrio chimico. Principio di Le Chatelier. Teorie Acido-Base, elettroliti forti e deboli. Dissociazione elettrolitica e grado di dissociazione, pH e pOH; Ka, Kb e Kw. (5 ore)

 Termochimica       

Le varie forme di energia: lavoro, calore, energia interna. Principi della Termodinamica. Entalpia. Legge di Hess. Lavoro e calore., entropia, energia libera (4 ore).

Elettrochimica  

Processi ossido-riduttivi. Conducibilità metallica ed elettrolitica. Celle galvaniche. Equazione di Nernst. Calcolo della F. E. M. Di una pila Elettrolisi. Legge di Faraday. Corrosione e passivazione dei metalli. (4 ore)

Esercitazioni

• Esercizi su configurazione elettronica degli atomi, calcolo su peso molecolare di alcune

Molecole (4 ore)

Esercitazioni su configurazione elettronica degli atomi; Tabella periodica; calcolo del peso molare, calcolo

Delle moli.

• Reazioni Chimiche e loro bilanciamento (4 ore)

Esercizi sul bilanciamento delle reazioni acido-base, reazioni di combustione e reazioni redox

• Formule di struttura e legame chimico (4 ore)

Esempi di molecole con legame covalente e legame ionico. Esercizi su formule di struttura di alcune

Molecole ed orbitali ibridi.

Esercizi su: leggi dei gas, calcolo della concentrazione di soluzioni, proprietà colligative. (5 ore)

• Equilibrio chimico e termochimica (4 ore)

Esercizi su calcolo della Kc, Kp di una reazione; calcolo del pH di una soluzione; calcolo dell'entalpia di reazione

• Elettrochimica (4 ore)

Esercizi sull’applicazione dell’equazione di Nernst; calcolo della f.e.m. di una pila

Testi di riferimento:

[1] M. Schiavello – L. Palmisano, Fondamenti di Chimica, Casa Editrice Edises

[2] Nobile C. F.,  Mastrorilli P., La Chimica di Base con Esercizi, Casa Editrice Ambrosiana

Fondamenti di Chimica IV o V °/Ed. Schiavello - Palmisano. Casa Editrice: Edises

LA CHIMICA DI BASE CON ESERCIZI -  Nobile C. F., Mastrorilli P.. Editore: CEA - Casa Editrice Ambrosiana

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

-

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione. Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Il corso si articola in lezioni frontali integrate da esercitazioni numeriche finalizzate alla conoscenza, approfondimento e assimilazione dei fondamenti chimici delle tecnologie. I principali contenuti riguardano: struttura dell'atomo, legame chimico, formule, nomenclatura, legame chimico, proprietà della materia nei diversi stati di aggregazione, reazioni chimiche, soluzioni, termochimica ed elettrochimica.

Alla fine del corso lo studente dovrebbe:

*saper utilizzare la tavola periodica degli elementi per ricavare informazioni di natura chimica e chimico fisica in diverse categorie di sostanze.

*conoscere il concetto di valenza degli atomi, determinare della formula molecolare delle principali classi di composti e la loro nomenclatura.

*saper distinguere, rappresentare e descrivere i principali tipi di legame chimico nelle varie classi di materiali.

*saper bilanciare reazioni chimiche: acido-base, combustione, ossido-riduzioni; nonché, saper eseguire correttamente calcoli stechiometrici.

*Illustrare le caratteristiche dei materiali nei diversi stati di aggregazione.

*Conoscere gli aspetti fondamentali e le implicazioni in campo tecnologico delle trasformazioni chimiche sia da un punto di vista cinetico sia da un punto di vista energetico.

Lezioni frontali integrate con esercitazioni numeriche erogabili in aula o per via telematica sulla piattaforma "Microsoft Teams" (dal 15/03/2020)

L’esame consiste in una prova scritta svolta contestualmente alla prova orale per via telematica tramite la piattaforma "Microsoft Teams" (dal 15/03/2020)

Programma del corso

Materia ed energia; stati della materia; simboli degli atomi, formule chimiche; peso atomico, peso molecolare; concetto di mole.  Struttura dell'atomo. Modelli atomici. Orbitali atomici s,p,d,f, configurazione elettronica degli elementi ("aufbau"). Tabella periodica e proprietà periodiche. Nomenclatura chimica, formule chimiche. (8 ore)

 Il legame chimico      

Legame ionico, legame covalente. Formule di struttura di Lewis. Legami semplici e multipli. Ibridizzazione. Proprietà delle molecole. Forze di legame. Legame a ponte di idrogeno. I Metalli. Legame metallico. Conduttori, semiconduttori e isolanti. La teoria degli orbitali molecolari. (8 ore)

Reazioni chimiche  

Equazioni chimiche; reazioni in soluzione acquosa; reazioni acido-base e di ossido-riduzione; bilanciamento delle reazioni; calcoli stechiometrici. (6 ore)

Stato solido       

Solidi cristallini e amorfi, cristalli ionici e covalenti. Struttura dei metalli. (2 ore)

Stato gassoso e stato liquido      

Stato gassoso: leggi dei gas ideali, miscele gassose. Leggi di Dalton. Dissociazione gassosa. Teoria cinetica dei gas.. Temperatura critica. Liquefazione dei gas. Gas reali. Gas reali: equazione di Van der Waals. Proprietà dei liquidi: evaporazione, viscosità, tensione superficiale, tensione di vapore. Equilibrio solido-vapore, solido-liquido. Soluzioni. Modi di esprimere la concentrazione. Proprietà colligative: tensione di vapore, crioscopia ed ebullioscopia, osmosi e pressione osmotica. Equilibri di fasi: diagramma di stato dell'acqua, CO2 e zolfo. (8 ore)

Cinetica chimica

Velocità di reazione. Ordine di reazione. Fattori che influenzano la velocità di reazione. Equazioni cinetiche del 1° e 2° ordine. I catalizzatori. (4 ore)

Equilibrio chimico   

Equilibrio in sistemi omogenei ed eterogenei. Legge dell'azione di massa: Kc, Kp, Kn. Influenza delle variabili intensive sull'equilibrio chimico. Principio di Le Chatelier. Teorie Acido-Base, elettroliti forti e deboli. Dissociazione elettrolitica e grado di dissociazione, pH e pOH; Ka, Kb e Kw. (5 ore)

 Termochimica       

Le varie forme di energia: lavoro, calore, energia interna. Principi della Termodinamica. Entalpia. Legge di Hess. Lavoro e calore., entropia, energia libera (4 ore).

Elettrochimica  

Processi ossido-riduttivi. Conducibilità metallica ed elettrolitica. Celle galvaniche. Equazione di Nernst. Calcolo della F. E. M. Di una pila Elettrolisi. Legge di Faraday. Corrosione e passivazione dei metalli. (4 ore)

Esercitazioni

• Esercizi su configurazione elettronica degli atomi, calcolo su peso molecolare di alcune

Molecole (4 ore)

Esercitazioni su configurazione elettronica degli atomi; Tabella periodica; calcolo del peso molare, calcolo

Delle moli.

• Reazioni Chimiche e loro bilanciamento (4 ore)

Esercizi sul bilanciamento delle reazioni acido-base, reazioni di combustione e reazioni redox

• Formule di struttura e legame chimico (4 ore)

Esempi di molecole con legame covalente e legame ionico. Esercizi su formule di struttura di alcune

Molecole ed orbitali ibridi.

Esercizi su: leggi dei gas, calcolo della concentrazione di soluzioni, proprietà colligative. (5 ore)

• Equilibrio chimico e termochimica (4 ore)

Esercizi su calcolo della Kc, Kp di una reazione; calcolo del pH di una soluzione; calcolo dell'entalpia di reazione

• Elettrochimica (4 ore)

Esercizi sull’applicazione dell’equazione di Nernst; calcolo della f.e.m. di una pila

Testi di riferimento:

[1] M. Schiavello – L. Palmisano, Fondamenti di Chimica, Casa Editrice Edises

[2] Nobile C. F.,  Mastrorilli P., La Chimica di Base con Esercizi, Casa Editrice Ambrosiana

Fondamenti di Chimica IV o V °/Ed. Schiavello - Palmisano. Casa Editrice: Edises

LA CHIMICA DI BASE CON ESERCIZI -  Nobile C. F., Mastrorilli P.. Editore: CEA - Casa Editrice Ambrosiana

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

-

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione. Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Alla fine del corso lo studente dovrebbe:

*saper utilizzare la tavola periodica degli elementi per ricavare informazioni di natura chimica e chimico fisica in diverse categorie di sostanze.

*conoscere il concetto di valenza degli atomi, determinare della formula molecolare delle principali classi di composti e la loro nomenclatura.

*saper distinguere, rappresentare e descrivere i principali tipi di legame chimico nelle varie classi di materiali.

*saper bilanciare reazioni chimiche: acido-base, combustione, ossido-riduzioni; nonché, saper eseguire correttamente calcoli stechiometrici.

*Illustrare le caratteristiche dei materiali nei diversi stati di aggregazione.

*Conoscere gli aspetti fondamentali e le implicazioni in campo tecnologico delle trasformazioni chimiche sia da un punto di vista cinetico sia da un punto di vista energetico.

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

-

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione. Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Alla fine del corso lo studente dovrebbe:

*saper utilizzare la tavola periodica degli elementi per ricavare informazioni di natura chimica e chimico fisica in diverse categorie di sostanze.

*conoscere il concetto di valenza degli atomi, determinare della formula molecolare delle principali classi di composti e la loro nomenclatura.

*saper distinguere, rappresentare e descrivere i principali tipi di legame chimico nelle varie classi di materiali.

*saper bilanciare reazioni chimiche: acido-base, combustione, ossido-riduzioni; nonché, saper eseguire correttamente calcoli stechiometrici.

*Illustrare le caratteristiche dei materiali nei diversi stati di aggregazione.

*Conoscere gli aspetti fondamentali e le implicazioni in campo tecnologico delle trasformazioni chimiche sia da un punto di vista cinetico sia da un punto di vista energetico.

Corso di Chimica (Prerequisiti)

Struttura della Materia

-conoscenza qualitativa della struttura di atomi e molecole.

-  nozioni elementari sui costituenti dell’atomo e sulla tavola periodica degli elementi.

 - distinzione tra composti formati da ioni e quelli costituiti da molecole e la conoscenza delle relative caratteristiche fisiche, in particolare dei composti più comuni esistenti in natura, quali l’acqua e i costituenti dell’atmosfera.

Simbologia chimica

Conoscenze di base sul significato delle formule e delle equazioni chimiche.

Stechiometria

(La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche)

- concetto di mole e devono essere note le sue applicazioni;

- capacità di svolgere semplici calcoli stechiometrici.

-

Chimica organica

Deve essere nota la struttura dei più semplici composti del carbonio.

Soluzioni

Deve essere nota la definizione di sistemi acido–base e di pH.

Ossido–riduzione

Deve essere posseduto il concetto di ossidazione e di

riduzione. Si assumono nozioni elementari sulle reazioni di combustione

Alla fine del corso lo studente dovrebbe:

*saper utilizzare la tavola periodica degli elementi per ricavare informazioni di natura chimica e chimico fisica in diverse categorie di sostanze.

*conoscere il concetto di valenza degli atomi, determinare della formula molecolare delle principali classi di composti e la loro nomenclatura.

*saper distinguere, rappresentare e descrivere i principali tipi di legame chimico nelle varie classi di materiali.

*saper bilanciare reazioni chimiche: acido-base, combustione, ossido-riduzioni; nonché, saper eseguire correttamente calcoli stechiometrici.

*Illustrare le caratteristiche dei materiali nei diversi stati di aggregazione.

*Conoscere gli aspetti fondamentali e le implicazioni in campo tecnologico delle trasformazioni chimiche sia da un punto di vista cinetico sia da un punto di vista energetico.