Chimica generale
Transcript
Chimica generale
Insegnamento Chimica generale Livello e corso di studio Laurea Triennale in Ingegneria Civile/Industriale Settore scientifico disciplinare (SSD) ING-CHIM/03 Anno di corso 1 Numero totale di crediti 9 Propedeuticità Docente Obiettivi formativi Per il corso di “Chimica generale” non sono previste propedeuticità nell’ambito della Laurea Triennale in Ingegneria Civile/Industriale. È richiesta la conoscenza della matematica di base (derivate, calcolo integrale, logaritmi) e di alcune nozioni di fisica, anch’esse di base (forza di gravità, onde elettromagnetiche, campo elettrico). Stefano Cinti Facoltà: Ingegneria Nickname: stefano.cinti Email: [email protected] (da utilizzare solo per comunicazioni interne e amministrative) Orario di ricevimento: Consultare calendario videoconferenze sul sito d’Ateneo. Lo scopo del corso di chimica generale è quello di fornire agli studenti degli strumenti con cui decifrare la loro esperienza quotidiana con la “chimica”. Verranno forniti i principi fondamentali della chimica generale, utilizzando degli esempi e casi di studio che siano riconducibili a fenomeni che ognuno conosce, ma che ancora non comprende pienamente dal punto di vista chimico. Inoltre, il corso prevede di fornire agli studenti i mezzi necessari per la risoluzione di semplici problemi di chimica generale. I risultati d’apprendimento attesi sono i seguenti: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding) - comprensione dei grandezze fisiche usate per caratterizzare una generica antenna, sia in modalità trasmittente che ricevente; - comprensione delle le tecniche analitiche utilizzate per l’analisi delle varie tipologie di antenne; - conoscenza delle metodologie di analisi e di progetto delle tipologie più diffuse di antenne e di allineamenti di antenne, dei rispettivi principi di funzionamento, delle loro caratteristiche e dei loro vantaggi e svantaggi; - comprensione delle modalità di propagazione del campo elettromagnetico in spazio libero in relazione alla banda di frequenze utilizzata, sia per applicazioni terresti che satellitari; - comprensione dei rudimenti della teoria radar. Conoscenze e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding) - capacità di dimensionare un collegamento radio e un semplice sistema radar; - capacità di analisi e di sintesi di un’antenna lineare, di un’antenna a loop, di un allineamento di antenne e di un’antenna ad apertura in base a determinate specifiche progettuali; Autonomia di giudizio (making judgements) - capacità di scegliere una opportuna tipologia di antenne in base alle specifiche progettuali e alle caratteristiche ambientali per comunicazioni terrestri e satellitari; 1 - capacità critica di interpretare i risultati ottenuti durante lo svolgimento di un esercizio numerico sia in termini di coerenza fisica sia in termini di fattibilità ingegneristica della soluzione individuata. Abilità comunicative (communication skills) - sviluppo di un linguaggio scientifico corretto e comprensibile che permetta di esprimere in modo chiaro e privo di ambiguità le conoscenze tecniche acquisite nell’ambito della teoria delle antenne e della teoria della propagazione del campo elettromagnetico in spazio libero. Capacità di apprendere (learning skills) - capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di problemi non familiari che abbiano come oggetto la trasmissione e la ricezione di informazioni su portante elettromagnetica. Prerequisiti Conoscenza dei fondamenti dell’analisi matematica e delle funzioni vettoriali a più variabili. Conoscenza delle proprietà fondamentali del campo elettrostatico, magnetostatico ed elettromagnetico. Al riguardo, si consiglia di rivedere tali nozioni, propedeutiche per l’apprendimento e l’approfondimento della teoria delle antenne; a tal fine, si possono utilizzare i testi già consultati per la preparazione agli esami di base dell’area matematica (Analisi 1 e 2) e fisica (Fisica 2 e Campi Elettromagnetici) sostenuti in precedenza. Contenuti del corso Introduzione (Lezione 0) Il metodo scientifico; chimica; di cosa si occupa il chimico. Modulo 1: Gli atomi Leggi ponderali (Lavoisier, Proust, Dalton); evoluzione dei modelli atomici; principi di meccanica quantistica (quanti, fotoni, dualismo "onda-particella", relazione di De Broglie, principio di indeterminazione, funzioni d'onda); numeri quantici; orbitali atomici; configurazione elettronica (principio di esclusione di Pauli, principio di Aufbau, regola di Hund); definizioni (massa atomica, isotopi, numero di Avogadro, mole); sistema periodico e proprietà degli elementi. Modulo 2: Legami chimici Legami ionici; legami covalenti (strutture di Lewis, risonanza); regola dell'ottetto (doppietto); forza e lunghezza dei legami covalenti; legami metallici (cenni). Modulo 3: Modelli della forma molecolare Modello VSEPR; modello del legame di valenza (orbitali σ,π, ibridazione); metodo LCAO (molecola H2). Modulo 4: Nomenclatura chimica Valenza; numero di ossidazione; nomenclatura tradizionale ed ufficiale (IUPAC); nomenclatura dei composti binari e dei composti ternari. Modulo 5: Stato gassoso Osservazione dei gas; pressione; leggi empiriche dello stato gassoso; equazione di stato dei gas ideali; miscele gassose (pressioni e volumi parziali); gas reali (cenni). Modulo 6: Stati di aggregazione condensati Forze intermolecolari (ione-dipolo, dipolo-dipolo, dispersione di London, van der Waals, legame Idrogeno); viscosità; tensione superficiale; strutture di solidi (metallici, ionici, molecolari); esempi in natura. Modulo 7: Elementi di termodinamica Definizioni (sistemi aperti, chiusi, isolati); I° principio (calore, lavoro, energia interna, entalpia, legge di Hess); II° principio (entropia, interpretazione statistica); III° principio (energia libera, concetto di spontaneità di una reazione). Modulo 8: Equilibri fisici Fasi e transizioni di stato (tensione di vapore, ebollizione, equazione di Clausius-Clapeyron); diagramma di stato (acqua, punto triplo); solubilità (temperatura, entalpia, energia libera); proprietà colligative (molalità, abbassamento pressione di vapore, abbassamento crioscopico, innalzamento ebullioscopico). Modulo 9: Equilibri chimici Equilibrio (reversibilità di una reazione, legge dell'azione di massa, costanti di equilibrio); grado avanzamento di una reazione; verso di svolgimento; spostamento dell'equilibrio (aggiunta/sottrazione di reagenti, pressione, temperatura). 2 Modulo 10: Acidi e basi, equilibri in soluzione Definizioni (Arrhenius, BrØnsted-Lowry, Lewis); reazioni acido-base; coppie coniugate; costanti di acidità e basicità; scala del pH; tamponi; autoprotolisi dell’acqua; titolazioni (acido forte-base forte, acido/base fortebase/acido debole, acido debole-base debole); indicatori; prodotto di solubilità. Modulo 11: Elettrochimica Reazioni di ossido-riduzione; potenziale standard di riduzione (E°); celle galvaniche (pila Daniell, costruzione di pile); equazione di Nernst; elettrolisi (leggi di Faraday, applicazioni). Gli studenti che devono sostenere l'esame di Chimica generale con un numero ridotto di CFU, poiché parzialmente riconosciuto all’atto dell’immatricolazione (c.d. integrazioni), sono pregati di contattarmi in piattaforma ed inviarmi il programma dell’esame già sostenuto, affinché io possa valutare i moduli per il sostenimento dell’esame in forma ridotta. Materiali di studio Teoria i. ii. iii. iv. Slides del docente P. Silvestroni, "Fondamenti di Chimica", Ed. Veschi P. Atkins, L. Jones, "Principi di Chimica", Ed. Zanichelli Brain B. Laird, "Chimica generale", Ed. McGraw-Hill Esercizi i. Esercizi del docente ii. F. Cacace, M. Schiavello, "Stechiometria", Ed. Bulzon Prove di esame È presente una cartella che contiene tutte le prove di esame precedentemente svolte. Tutte le prove contengono risoluzione e spiegazione di ogni passaggio per garantire agli studenti un apprendimento più facilitato. Esercitazioni in Aula È presente una cartella che contiene tutte le esercitazioni svolte in aula. Queste sono delle esercitazioni che seguono lo svolgimento del corso, e contengono esercizi di diverse difficoltà accompagnati dalla risoluzione del docente . Metodi didattici Il corso è sviluppato attraverso le lezioni preregistrate audio-video che compongono, insieme alle slides/dispense, i materiali di studio disponibili in piattaforma. Sono poi proposti degli esercizi risolti e dei test di autovalutazione, di tipo asincrono, che corredano le lezioni preregistrate e consentono agli studenti di accertare sia la comprensione, sia il grado di conoscenza acquisita dei contenuti di ognuna delle lezioni. Sono altresì disponibili lezioni in web-conference programmate a calendario che si realizzano nei periodi didattici e testi di appelli d’esame precedenti, utili per prendere confidenza con la tipologia d’esame scritto. La didattica si avvale, inoltre, di forum (forum generale, classe virtuale e classe di recupero) disponibili in piattaforma che costituiscono uno spazio di discussione asincrono, dove il docente individua i temi e gli argomenti più significativi dei vari moduli del corso e interagisce con gli studenti iscritti proponendo lo svolgimento di esercizi. Forum generale All’interno della piattaforma è presente un forum di carattere generale dove è possibile esporre qualsiasi tipo di problema, sia dal punto di vista del materiale del corso, approfondimenti e anche per quel che riguarda l’organizzazione delle lezioni ed esami. Classe Virtuale All’interno di questo di questo spazio vengono inserite in modo sistematico (ogni 14 giorni) delle attività che seguono il corso di studio. Questo spazio consente agli studenti di confrontarsi, di rispondere ai quesiti proposti dal docente, in modo da offrire punti di riflessione come in una “aula fisica”. Il docente fornisce le spiegazioni corrette per la risoluzione e l’apprendimento del modulo specifico. Classe di Recupero Questo spazio è utile per chi non ha superato il precedente appello di chimica generale. In questo spazio vengono inserite delle simulazioni delle prove di esame, quindi gli studenti possono esercitarsi con prove che rappresentano una falsa riga dell’esame finale. Anche in questo caso, il docente fornisce le giuste risposte e le modalità per il superamento ed apprendimento degli argomenti del corso. Modalità di verifica dell’apprendimento L’esame consiste di norma nello svolgimento di una prova scritta tendente ad accertare le capacità di analisi e rielaborazione dei concetti acquisiti. La prova scritta prevede 1 domanda di teoria e 4 esercizi numerici da svolgere in 90 minuti. Ciascuno dei 5 quesiti ha un punteggio di 6 punti, per un totale di 30 punti. L’assegnazione della lode dipende dalla modalità di spiegazione dei concetti teorici e dalla modalità di risoluzione all’interno di ogni singola prova di esame. Gli argomenti delle domande di teoria e degli esercizi numerici possono riguardare tutti i moduli del corso. Per lo svolgimento degli esami è consentito solamente l'utilizzo di una calcolatrice (non è consentito utilizzare la calcolatrice presente come applicazione nei telefoni cellulari e/o altri dispositivi elettronici, es. tablet, pc). In piattaforma vengono caricate le prove di esame risolte dal docente, assegnate nei precedenti appelli. 3 StefanoCinti PhDinChemistry BorninRomeon23thofJuly1987 ProfessionalExperience 01/2016-Currently Postdoctoralresearcher DepartmentofChemicalScienceandTechnology,UniversityofRome"TorVergata",ViadellaRicercaScientifica1, 00133Rome,Italy. • Development and characterization of paper-based microfluidic platforms coupled to screen-printed electrodes to fabricatesensitivedevicestowardsdetectioninenvironmental,foodandclinicalfields. 09/2015-Currently Lecturer UniversityofRome"NiccolòCusano",ViaDonCarloGnocchi3,00166Rome,Italy. • ProfessorofGeneralChemistry(SSDCHIM/03)forIndustrialandCivilEngineeringbachelordegreecourses. 06/2014-12/2014 VisitingResearcher DepartmentofNanoengineering,UniversityofCaliforniaSanDiego,LaJolla,CA92093-0448,USA. DistinguishedProfessorJosephWang http://joewang.ucsd.edu/ • Developmentandcharacterizationofelectrochemicalsensorbasedonscreen-printedelectrodestodetectnerve agents; • Production,developmentandcharacterizationoftattoo-sensortodetectalcoholinsweat; • Synthesisandcharacterizationofnanomotorsfortheenvironmentalremediation. 06/2014 InvitedVisitingScientist SmarMatLab,DepartmentofChemistry,UniversityofMilan,ViaGolgi,20133Milan,Italy. http://users2.unimi.it/smartmatlab/wordpress/ • DeliveredtoagroupofSmarMatLabresearchersatechnicalseminarconcerningDimatixInkJetprintersetup,testingand operatingprotocols. 06/2013-12/2013 VisitingResearcher DepartmentofBiological,BiomedicalandAnalyticalSciences,FacultyofHealthandAppliedSciences,UniversityoftheWestof England,FrenchayCampus,ColdharbourLane,BristolBS161QY,UK. ProfessorAnthonyJ.Killard http://www1.uwe.ac.uk/hls/bbas.aspx • Production,developmentandcharacterizationofscreen-printedelectrodesmodifiedwithelectrochemicalmediatorsby meansofinkjetprintingtechniquetoproduceapoint-of-caredeviceforbloodcholesteroldetection,intheframeofSIMS Europeanproject(FP7/2007-2013). 04/2012-06/2012 VisitingResearcher BioPrintLab,OuluUniversityofAppliedScience,1,Kotkantie,90250Oulu,Finland. 4 Dr.MarjaNissinen http://www.oamk.fi/hankkeet/bioprint/ • Production,developmentandcharacterizationofscreen-printedelectrodes(SPEs)andPrussianBluemodified-SPEsto produceglucosebiosensorembeddedinastripsensor. 04/2011-09/2011 Internship BASF-TheChemicalCompany,CatalystsDivision,ViadiSalone245,00131Rome,Italy. • Analysisofwatertracepollutantsby-meansofAtomicAbsorbtionSpectroscopy(AAS)andInductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry(ICP-MS). • ProtocoloptimizationofICP-MStowardsheavymetalsanalysis. Education 11/2012-01/2016 DepartmentofChemicalScienceandTechnology,UniversityofRome"TorVergata",ViadellaRicercaScientifica1,00133Rome, Italy. PhDinChemistry,cumlaude. • Thesis:Nano/micromaterial-drivenelectroanalysisenhancement:facileapproachestoimprove(bio)sensing. Supervisors:Dr.FabianaArduini,Prof.GiuseppePalleschi 09/2009-03/2012 DepartmentofChemicalScienceandTechnology,UniversityofRome"TorVergata",ViadellaRicercaScientifica1,00133Rome, Italy. MasterDegreeinChemistry,110cumlaude/110. • Thesis:Developmentofaelectrochemicalsensormodifiedwithcarbonblackandgoldnanoparticlesforthedetectionof As(III)indrinkingwater. Supervisors:Dr.FabianaArduini,Prof.GiuseppePalleschi 09/2006-09/2009 DepartmentofChemicalScienceandTechnology,UniversityofRome"TorVergata",ViadellaRicercaScientifica1,00133Rome, Italy. BachelorDegreeinChemistry,110cumlaude/110. • Thesis:Mechanismstudyofaggregationofchiralporphyrinderivates. Supervisor:Dr.DonatoMonti ComputerSkills Good knowledge of Operating Systems Windows 8 and the package Microsoft Office 2010 (Microsoft Office Tools: World, Excel, PowerPoint,InternetExplorer,Firefox,Outlook). Goodknowledgeofsoftwarefordataanalysis(SigmaPlot,Origin,Kaleidagraph)anddatapresentation(AdobeIllustrator). Languages ItalianMotherTongue 5 UnderstandingReadingSpeakingWriting EnglishB2 B2B2B2 SpanishA2 A2A1A1 Levels: A1/2: Basic user - B1/2: Independent user - C1/2 Proficient user. Common European Framework of Reference for Languages. PersonalInterests FutsalPlayer(Iplayinofficialleague). FutsalCoachfrom2011(Under16/18/21players). Photographyandnaturalscienceslover,withthepassionformusicandtheatre. Competitionsandprizes Thirdprizein"ChemistryandLightContest"organizedbyChemistryViews.org,withanessaytitled"Chiralityhelpslighttostrike cancer". http://www.chemistryviews.org/details/news/8435401/Chemistry_and_Light_Contest_The_Winners.html Scientificpublications 1. K. Zelenka, T. Trnka, I. Tišlerová, D. Monti, S. Cinti, M. L. Naitana, L. Schiaffino, M. Venanzi, G. Laguzzi, L. Luvidi, G. Mancini,Z.Nováková,O.Šimák,Z.Wimmer,P.Drašar.Spectroscopic,Morphological,andMechanisticInvestigationofthe Solvent-Promoted Aggregation of Porphyrins Modified in meso-Positions by Glucosylated Steroids. Chemistry - A EuropeanJournal17(2011)13743-13753. 2. S.Cinti,S.Politi,D.Moscone,G.Palleschi,F.Arduini.StrippingAnalysisofAs(III)byMeansofScreen-PrintedElectrodes ModifiedwithGoldNanoparticlesandCarbonBlackNanocomposite.Electroanalysis26(2014)931-939. 3. S. Cinti, F. Arduini, G. Vellucci, I. Cacciotti, F. Nanni, D. Moscone. Carbon Black assisted Tailoring of Prussian Blue NanoparticlestoTuneSensitivityandDetectionLimittowardsH2O2byusingScreen-PrintedElectrode.Electrochemistry Communications47(2014)63-66. 4. S.Cinti,F.Arduini,D.Moscone,G.Palleschi,A.J.Killard.DevelopmentofaHydrogenPeroxideSensorBasedonScreenPrintedElectrodesModifiedwithInkjet-PrintedPrussianBlueNanoparticles.Sensors14(2014)14222-14234. 5. F. Arduini, C. Zanardi, S. Cinti, F. Terzi, D. Moscone, G. Palleschi, R. Seeber. Effective Electrochemical Sensor Based on Screen-Printed Electrodes Modified with a Nanostructured Carbon Black - Au Nanoparticles Composite. Sensors and ActuatorsB:Chemical212(2015)536-543. 6. S. Cinti, G. Valdés-Ramirez, W. Gao, J. Li, G. Palleschi, J. Wang. Microengine-assisted electrochemical measurements at printablesensorstrips.ChemicalCommunications51(2015)8668-8671. 7. S.Cinti,F.Arduini,M.Carbone,L.Sansone,I.Cacciotti,D.Moscone,G.Palleschi.Screen-printedelectrodesmodifiedwith carbon nanomaterials: a comparison among carbon black, carbon nanotubes and graphene. Electroanalysis 27 (2015) 2230-2238. 8. D. Talarico, S. Cinti (co-first author), F. Arduini, A, Amine, D, Moscone, G. Palleschi. Phosphate detection through costeffective carbon black nanoparticle-modified screen-printed electrode embedded in a continuous flow system. EnvironmentalScience&Technology49(2015)7934-7939. 9. S.Cinti,F.Arduini,D.Moscone,G.Palleschi,L.Gonzalez-Macia,A.J.Killard.Cholesterolbiosensorbasedoninkjet-printed Prussianbluenanoparticle-modifiedscreen-printedelectrodes.SensorsandActuatorsB:Chemical221(2015)187-190. 10. S. Cinti, D. Neagu, M. Carbone, I. Cacciotti, D. Moscone, F. Arduini. Novel carbon black-cobalt phthalocyanine nanocomposite as sensing platform to detect organophosphorus pollutants at screen-printed electrode. Electrochimica Acta188(2016)574-581. 2+ 11. S.Cinti,F.Santella,D.Moscone,F.Arduini.Hg detectionusingadisposableandminiaturizedscreen-printedelectrode modifiedwithnanocompositecarbonblackandgoldnanoparticles.EnvironmentalScienceandPollutionResearch(2016) DOI10.1007/s11356-016-6118-2. 6 12. S. Cinti, D. Talarico, G. Palleschi, D. Moscone, F. Arduini. (2016). Novel reagentless paper-based screen-printed electrochemicalsensortodetectphosphate.AnalyticaChimicaActa919(2016)78-84. Presentationsatconferences Nationals 1. 2. 3. 4. D.Moscone,F.Arduini,S.Cinti,G.Palleschi SviluppodinuovisensorielettrochimicimonousomodificaticonnanoparticellediAueCarbonBlackperladeterminazionediAsinacque potabili(posterpresentation)IXCongressoItalianoChimicadegliAlimenti,Ischia(NA),June3-7,2012. F.Arduini,C.Zanardi,S.Cinti,N.Alaimo,F.Terzi,R.Seeber,D.Moscone,G.Palleschi Development of sensors based on screen-printed electrodes modified with carbon black and gold nanoparticles nanocomposite (oral presentation)XXIIICongressoNazionaledellaSocietàChimicaItaliana,DivisionediChimicaAnalitica, IsolaD’Elba(LI),September16-20,2012. F.Arduini,A.Amine,M.Forchielli,D.Neagu,S.Cinti,G.Vellucci,I.Cacciotti,F.Nanni,G.Palleschi,D.Moscone Screen-printedelectrodesmodifiedwithnanostructuredcarbonblackasplatformtodevelopsensorsandbiosensors(oralpresentation) XXIVCongressoNazionaledellaSocietàChimicaItaliana,DivisionediChimicaAnalitica,SestriLevante(GE),September15-19,2013. F.Arduini,S.Cinti,D.Neagu,D.Talarico,G.Vellucci,G.Palleschi,D.Moscone Sensors based on screen-printed electrodes modified with carbon black (oral presentation) GEI Giornate dell’elettrochimica italiana, Pavia,September22-27,2013. 5. C.Zanardi,F.Arduini, S.Cinti,D.Moscone,G.Palleschi,L.Pigani,R.Seeber,F.Terzi.Carbonblack–goldnanoparticlescompositeforthe developmentofefficientamperometricsensors(posterpresentation),IIConvegnoNazionaleSensori,Roma,February19-21,2014. 6. S.Cinti,F.Arduini,G.Palleschi,D.Moscone,A.J.Killard Developmentofhydrogenperoxidesensorbasedonscreen-printedelectrodemodifiedwithinkjetprintedprussianbluenanoparticles (oralpresentation),IIConvegnoNazionaleSensori,Roma,February19-21,2014. S.Cinti,F.Arduini,G.Palleschi,D.Moscone,A.J.Killard Cholesterolbioassayby-meansofmicrofluidicdevicebasedonprussianbluenanoparticlesmodifiedscreen-printedelectrodes(poster presentation), XXIV Congresso Nazionale della Società Chimica Italiana, Divisione di Chimica Analitica, Arcavacata di Rende (CS), September7-12,2014. 7. 8. D.Talarico,F.Arduini,S.Cinti,A.Amine,D.Moscone,G.Palleschi Cost-effective and sensitive sensor for phosphate detection by screen-printed electrodes modified with carbon black nanoparticles (posterpresentation),XXVIIIAISEMAnnualConference,FondazioneBrunoKessler,Trento,February3-5,2015. 9. S.Cinti,G.Valdés-Ramírez,W.Gao,J.Li,G.Palleschi,J.Wang Enzyme-freeJanusparticlesaccelerateddegradationanddetectionoforganophosphorousnerveagentsusingSPE:aproofofconcept approach(oralpresentation),GS2015-Sensoriebiosensori:statodell’arteenuoveprospettive,Parma,June15-17,2015. 10. S.Cinti,D.Talarico,F.Arduini,G.Palleschi,D.Moscone All-in-paper electrochemical sensor to detect phosphates (oral presentation) XXV Congresso Nazionale della Società Chimica Italiana, DivisionediChimicaAnalitica,Trieste,September13-17,2015. 11. S.Cinti,M.Basso,F.Arduini,G.Palleschi,D.Moscone Paperassubstrateforscreen-printedelectrodes(posterpresentation)TerzoConvegnoNazionaleSensori,Roma,February23-25,2016. Internationals 1. 2. S.Cinti,F.Arduini,G.Palleschi,D.Moscone,A.J.Killard Amperometric detection of hydrogen peroxide at Prussian blue nanoparticle-modified electrodes (poster presentation), Electrochem 2013,Southampton,UK,September1-3,2013. S.Cinti PrussianBlue:''artificialperoxidase"todetectH2O2 (oralpresentation),2ndWorkshoponbiosensorsforwatermonitoring,Universityof RomeTorVergata,April8-10,2015. 7 Rome,18April2016StefanoCinti 8