Chimica Generale ed Inorganica - Dipartimento di Scienze (UNIBAS)

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE Programma di insegnamento per l’a.a. 2015/2016
Insegnamento: Chimica
Docente: Angela
Generale ed Inorganica
M. Rosa
Corso di studio: Corso
di Laurea in Chimica
Anno di corso: I
Periodo didattico: Annuale
Tipologia: A
eB
Totale crediti: 12
Tipo esame: Scritto
e Orale
Valutazione: Voto
Lingua di insegnamento:
Inizio corso
Italiano
2 Ottobre 2015
Fine corso
15-30 Maggio 2016
APPELLI DI ESAME
Mese
Anno
Febbraio
2016
Marzo
Aprile
Maggio
2016
2016
2016
Giugno
2016
Luglio
Settembre
Ottobre
Novembre
Dicembre
Gennaio
2016
2016
2016
2016
2016
2017
Appello previsto
X
X
X
X
X
X
X
COMMISSIONE ESAME:
Presidente: Prof.ssa
Angela M. Rosa
Componente: Prof.
Giampaolo Ricciardi
Componente: Dott.
Mario Amati
Componente: Dott.ssa
Sandra Belviso
Viale dell’Ateneo lucano, 10 – 85100 Potenza
Telefono 0971-205602- 205773
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE ORARIO RICEVIMENTO STUDENTI
GIORNO
LUNEDI’
MARTEDI’
MERCOLEDI’
GIOVEDI’
VENERDI’
DALLE ORE
ALLE ORE
PRESSO
9:30
12:00
11:00
11:30
13:00
13:00
Studio del Docente
Studio del Docente
Studio del Docente
Eventuali prerequisiti:
Nessuno
Obiettivi formativi:
- Il corso si propone di fornire agli studenti gli strumenti formali, quali il linguaggio
chimico e la nomenclatura, e concettuali per descrivere gli aspetti qualitativi e
quantitativi dei processi, di equilibrio e non, in fase gassosa ed in soluzione.
- Ci si aspetta che gli studenti acquisiscano una conoscenza di base (i) delle proprietà
delle fasi gassose, liquide e solide della materia, nonchè degli aspetti energetici dei
cambiamenti di fase e delle reazioni chimiche; (ii) dei processi elettrochimici e degli
aspetti cinetici dei processi chimici; (iii) della struttura microscopica della materia,
dalla struttura elettronica degli atomi alla natura del legame chimico, alla luce dello
sviluppo storico della Meccanica Quantistica.
- Ci si aspetta inoltre che gli studenti acquisiscano la capacità di valutare i limiti teorici
dei modelli empirici utilizzati per descrivere alcuni aspetti delle proprietà
microscopiche della materia.
- Tra gli obiettivi del Corso vi è anche quello di mettere gli studenti nella condizione di
saper utilizzare tecniche elementari di laboratorio in semplici reazioni acido-base,
redox e di precipitazione.
Programma del corso
Teoria atomica di Dalton. Unità di misura, conversione tra unità di misura, cifre
significative. Misura delle masse atomiche. Nomenclatura IUPAC delle principali famiglie
di composti inorganici. Il concetto di mole.
Reazioni chimiche ed equazioni chimiche (bilanciamento delle reazioni). Principi di
stechiometria ed applicazioni numeriche.
I Gas: proprietà dei gas e leggi dei gas (Boyle, Charles, Gay-Lussac). L’ equazione di stato
dei gas ideali. Miscele gassose ideali e legge di Dalton. Teoria cinetica dei gas.
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE Distribuzione delle velocità molecolari: funzione di distribuzione di Maxwell-Boltzmann.
Effusione e diffusione molecolare. Legge di Graham.
I gas reali: deviazioni dalla idealità. Equazione di van der Waals.
Forze intermolecolari e stati condensati della materia. Proprietà macroscopiche delle fasi
liquide e solide.
Tipi di solidi: ionici, molecolari, covalenti, metallici. Reticoli cristallini e cenni sulla
determinazione, mediante raggi X, della strutture dei solidi.
Cambiamenti di fase ed energetica dei cambiamenti di fase. Variazione di entalpia
associata ad un cambiamento di fase e ad una reazione chimica. Equilibri di fase. Tensione
di vapore di liquidi e solidi puri e sua dipendenza dalla temperatura. Diagrammi di fase di
sistemi ad un componente (H2O, CO2, S). Regola delle fasi per sistemi ad un componente.
Soluzioni: tipi di soluzioni, unità di concentrazione e conversione tra unità di
concentrazione. Preparazione di soluzioni liquide. Soluzioni ideali e legge di Raoult.
Proprietà colligative di soluzioni ideali. Soluzioni non ideali. Solubilità. Principio della
distillazione.
L’ equilibrio chimico: natura e caratteristiche, costanti di equilibrio e loro significato.
Effetto della variazione di concentrazione, pressione, volume, e temperatura sulla
composizione di equilibrio. Il Principio di Le Chatelier. Aspetti qualitativi e quantitativi
degli equilibri gassosi omogenei ed eterogenei.
Equilibri ionici in soluzione acquosa. Reazioni acido-base ed equilibri acido-base.
Definizione di acido e di base secondo Arrhenius, Lowry-Brönsted, Lewis. Equilibrio dell’
acqua e scala del pH.
Soluzioni acquose di acidi e basi forti.
Acidi e basi monoprotici deboli. Equilibri acido-base in soluzioni saline. Soluzioni
tampone. Acidi poliprotici. Titolazioni acido-base e costruzione di una curva di
titolazione. Indicatori acido-base.
Equilibri di solubilità ed effetto dello ione a comune. Reazioni di precipitazione.
Precipitazione selettiva.
Reazioni redox e numeri di ossidazione. Potenziali standard di riduzione e loro utilizzo.
Celle galvaniche e reazioni redox. Equazione di Nernst. Costanti di equilibrio di reazioni
redox. Celle a concentrazione. Aspetti qualitativi e quantitativi dei processi elettrolitici.
Cinetica chimica: velocità di reazione e legge di velocità. Determinazione delle leggi di
velocità a partire da dati sperimentali. Leggi di velocità integrate per reazioni del primo e
del secondo ordine in cui è coinvolto un solo reagente e calcolo del tempo di
dimezzamento. Meccanismi di reazione e processi elementari.
Dipendenza dalla temperatura della velocità di reazione. Equazione di Arrhenius e suo
utilizzo.
Teoria degli urti, stato di transizione ed energia di attivazione. Profilo di reazione per
reazioni ad uno o più stadi. Catalisi omogenea ed eterogenea.
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE Modelli atomici. Principi della Meccanica Quantistica ed Equazione di Schrödinger.
Atomi monoelettronici. Numeri quantici ed orbitali atomici. Atomi polielettronici.
Configurazioni elettroniche degli atomi e Tavola Periodica.
Periodicità delle proprietà atomiche: potenziali di ionizzazione, raggi atomici, raggi ionici,
affinità elettronica, elettronegatività.
Il legame chimico: parametri di legame (energia di legame, lunghezze ed angoli di
legame), modelli di legame. Legami ionici in solidi ionici. Legami covalenti.
Concetto di orbitale molecolare e metodo LCAO-MO applicato a molecole biatomiche
omonucleari ed eteronucleari. Metodi empirici per determinare il numero di legami in
molecole poliatomiche: strutture di Lewis e determinazione delle stabilità relative di
strutture di risonanza.
Geometria molecolare: il modello VSEPR. Polarità dei legami e momento di dipolo in
molecole biatomiche e poliatomiche.
Orbitali ibridi e geometria molecolare. Legami deboli: forze intermolecolari, legami a idrogeno.
Metodi didattici
Lezioni frontali, esercitazioni numeriche in aula, esercitazioni di laboratorio.
Modalità di verifica dell’apprendimento
Esame finale scritto e orale e relazioni scritte sull’ attività di laboratorio.
Testi di Riferimento
Titolo: Principi di Chimica Autori: P. Atkins e L. Jones Casa Editrice: Zanichelli
Terza edizione italiana condotta sulla quinta edizione americana
Titolo: Chimica Autori: Mahan e Myers Casa Editrice: Ambrosiana
Titolo: Stechiometria un avvio allo studio della Chimica Autori: I. Bertini, F. Mani
Casa Editrice: CEA
Titolo: Stechiometria per la Chimica Generale Autori: P. Michelin Lausarot, G. A. Vaglio
Casa Editrice: Piccin
Altre informazioni:
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE Syllabus a.a. 2015/2016
Course: General
and Inorganic Chemistry
Professor: Angela
M. Rosa
Course of studies: Chemistry
Academic Year: 2015/2016
ECTS: 12
Teaching Methods:
Lectures X– Lab. Activities
Evaluation Method:
Evaluation: score
X–
e-learning
Final exam (written and oral) and reports on the lab activities
on 30 points
Semester: Annual
Linguage:
Italian
Course beginning on
2 October 2015
ending on 15-30
CALLS FOR EXAMINATION
Month
Year
February
2016
March
April
May
2016
2016
2016
June
2016
July
September
October
November
December
Juanary
2016
2016
2016
2016
2016
2017
Expected call
X
X
X
X
X
X
X
EXAMINATION PANEL:
President: Prof.
Member: Prof.
Angela M. Rosa
Giampaolo Ricciardi
May 201
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE Member: Dr
Mario Amati
Member: Dr
Sandra Belvis
Previous requirements:
None
Learning Outcomes:
- The Course aims to provide the students with the formal tools such as the chemical
language and the chemical nomenclature as well as the conceptual tools to describe the
qualitative and quantitative aspects of the chemical processes, in the gas phase and in
solution.
- The Students are expected to acquire a basic knowledge of (i) the properties of the gas
liquid and solid phases as well as the energetic aspects of the phase changes and the
chemical reactions; (ii) the electrochemical processes and kinetic aspects of the
chemical reactions; (iii) microscopic structure of the matter, from the the electronic
structure of the atoms to the the nature of the chemical bonds, in the light of the
historical development of the Quamtum Mechanics.
- The Students are also expected to become able to evaluate the theoretical limits of the
empirical models used to describe some aspects of the macroscopic properties of the
matter.
- The Students should acquire also the capability to employ the basic experimental
techniques in simple acid-base, redox and precipitation reactions.
Syllabus:
Dalton’s atomic theory. Measure units, conversions between measure units, and significant
digits. Atomic mass measurement. IUPAC nomenclature of the most relevant families of
inorganic compounds. The mole concept.
Chemical reactions and chemical equations (reaction balancing). Stoichiometry principles
and numerical
applications..
The Gas phase: gas properties and gas lows (Boyle, Charles, and Gay-Lussac). State
equation of ideal gas.
Ideal gas mixtures and Dalton’s law. Kinetic theory of gases. Molecular rate distribution:
Maxwell-Boltzmann distribution function. Effusion and diffusion phenomena (Graham’s
law). Non ideal gases.Van der Waals equation.
Intermolecular forces and condensed phases. Macroscopic properties of liquid and solids.
Solid types: ionic, molecular, covalent and metallic solids. Space lattices and a short
account on their determination by X-ray spectroscopy.
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE Changes of state. Energetic of the changes of state. Enthalpy change in physical processes
and chemical reactions. General properties of the phase equilibria. Vapor pressure of pure
liquids and solids and its dependence on the temperature. Phase diagrams of onecomponent systems (H2O, CO, S). Phase rule for one-component systems.
Solutions: types of solutions, concentration units and conversion of concentration units.
Preparation of liquid solutions. Ideal solutions and Roult’s Law. Colligative properties of
ideal solutions. Non-ideal solutions. Solubility. Distillation principles.
Chemical Equilibria: nature of the chemical equilibrium, equilibrium constants and their
meaning. Effect of concentration, volume, pressure, and temperature changes on the
equilibrium. Le Chatelier’s Principle. Qualitative and quantitative aspects of equilibria
involving gases or solids and gases.
Ionic Equilibria in aqueous solutions. Acid-base reactions and equilibria. Definition of
acid and base by Arrhenius, Lowry-Bronsted, Lewis. Water equilibrium. The pH scale.
Aqueous solutions of strong acids and bases.
Weak monoprotic acids and bases. Acid-base equilibria in salt solutions. Buffer solutions.
Polyprotic acids. Acid-base titrations. Titration curves. Acid-base indicators.
Solubility and precipitation equilibria. Selective precipitations.
Redox reactions and oxidation numbers. Standard reduction potentials. Galvanic cells and
redox reactions. Nernst equation. Equilibrium constants of redox reactions. Concentration
cells. Electrolysis and Faraday laws. Qualitative and quantitative aspects of electrolitic
processes.
Kinetic chemistry: reaction rates and rate laws. Determination of reaction rate laws on the
basis of experimental data. Integrated rate low for first and second order reactions
involving only one reagent and determination of the halving time. Reaction mechanisms.
Temperature dependence of the reaction rates. Arrhenius equation and its applications.
Activated complex theory. Transition state and activation energy. Potential energy
diagrams for stepwise reactions. Homogeneous and eterogeneous catalysis.
Atomic models. Quantum mechanics principles and the Schrödinger equation.
One-electron atoms. Atomic orbitals and quantum numbers.
Atoms with many electrons. Atom Electron configurations and Periodic Table.
Periodicity of the atomic properties: ionization potentials, atomic radii, electron affinity,
electronegativity.
The chemical bond: bond parameters (bond energy, bond length, bond angles), bond
models. Ionic bonds. Covalent bonds.
Molecular orbital concept and molecular orbital method (LCAO-MO) applied to
homonuclear and heteronuclear diatomic molecules.
Empyrical methods to determine the number of bonds in polyatomic molecules: Lewis
structures and evaluation of the relative stabilities of resonance structures.
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DELLA BASILICATA DIPARTIMENTO DI SCIENZE Molecular geometry: the VSEPR model. Bond polarity and dipole moment of diatomic
and polyatomic molecules. Hybrid orbitals and molecular geometry.
Weak bonds: intermolecular forces, hydrogen bonds.
Suggested textbooks:
Title: Principi di Chimica Authors: P. Atkins e L. Jones Publisher: Zanichelli
3rd Italian edition based on the 5th American version
Title: Chimica Authors: Mahan e Myers Publisher: Ambrosiana Title: Stechiometria un avvio allo studio della Chimica Authors: I. Bertini, F. Mani
Publisher: CEA
Title: Stechiometria per la Chimica Generale Authors: P. Michelin Lausarot, G. A. Vaglio
Publisher: Piccin Further information:
_______________________________________________________________________________