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TRANSITION ELEMENT CHEMISTRY
LORENZO BIANCALANA
Academic year2021/22
CourseCHEMISTRY
Code072CC
Credits3
PeriodSemester 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
CHIMICA DEGLI ELEMENTI DI TRANSIZIONECHIM/03LEZIONI24
LORENZO BIANCALANA unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Dopo aver seguito il corso e studiato il programma relativo, lo studente avrà acquisito una buona conoscenza delle principali classi di composti inorganici di elementi di transizione d, con particolare riferimento ad aspetti preparativi, strutturali e di reattività. Inoltre, lo studente avrà acquistito familiarità con le reazioni redox e aspetti chimici alla base di corrosione e processi metallurgici.

Knowledge

The course provides the student with a good knowledge of the main types of inorganic compound of d-block elements. Preparative, structural and reactivity aspects will be given specific attention. The student will also become familiar with redox reactions and their relevance to corrosion and metallurgical processes. 

Modalità di verifica delle conoscenze

Esame finale (orale), che prevede il ragionamento sulla base delle conoscenze fornite

Assessment criteria of knowledge

Final exam (oral), which involves reasoning based on the provided knowledge

Capacità

Dopo aver seguito il corso e studiato il programma relativo, lo studente avrà acquisito capacità di discutere la natura del legame, la struttura, proprietà chimico-fisiche e la reattività di un composto, inclusa l’eventuale (in)stabilità termodinamica dello stesso, in funzione del legante/anione, del centro metallico considerato e dello stato di ossidazione. Viceversa, saprà indicare un composto metallico che mostri certe caratteristiche.

Skills

The course provides the student with skills to discuss the nature of chemical bonding, strucutre, phisico-chemical properties and reactivity aspects of a given compound, including its thermodynamic (in)stability, based on the type of ligand/anion and metal center.

Modalità di verifica delle capacità

Esame finale (orale), che prevede il ragionamento sulla base delle conoscenze fornite

Assessment criteria of skills

Final exam (oral), which involves reasoning based on the provided knowledge

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità riguardo ai numerosi e svariati ambiti in cui trovano applicazione i composti di metalli di transizione nella nostra società e le relative problematiche.

Behaviors

Students will acquire and/or develop awareness of the various fields of applications of transition metal compounds in our society and the associated issues.

Modalità di verifica dei comportamenti

Discusione e sugli argomenti trattati durante le lezioni

Assessment criteria of behaviors

Open discussion during each lesson

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Propedeuticità : Esame di “Chimica Generale” (003CC I° anno, cdl in Chimica / 269CC I° anno, cdl in CIA)

Inoltre, per una migliore comprensione degli argomenti trattati, è opportuno avere seguito il corso di "Chimica Inorganica I" (II° anno, cdl in Chimica) / “Chimica Inorganica” (I° anno, cdl in CIA).

Prerequisites

Mandatory prerequisite: “General Chemistry” I° year exam exam

Moreover, in order to understand better the topics covered by the course, the student should have attended “Inorganic Chemistry I” (2nd year CHI-L) / “Inorganic Chemistry I” (1st year STC-L) exam.

Indicazioni metodologiche
  • Il corso si svolgerà in aula mediante lezioni frontali, con ausilio di powerpoint e lavagna; oppure in modalità online, mediante piattaforma Microsoft Teams
  • Sulla piattaforma Moodle / Elearning, saranno regolarmente caricate le slides delle lezioni ed altro materiale di approfondimento.
  • Su richiesta degli studenti, saranno fissati dei ricevimenti (anche online).
  • Comunicazioni sul corso (data/ora/luogo, programma ed eventuali variazioni) e richieste di ricevimento saranno gestite mediante emai e tramite la piattaforma Moodle / Elearning.
Teaching methods
  • The course will be composed of 12 x 2 h lectures in the classroom or online, via Microsoft Teams
  • Powerpoint slides of each lesson, as well as other teaching material, will be available on the Moodle / Elearning website
  • A reception (also online) can be scheduled upon student’s request
  • Announcements concerning date/place of the lessons, program, and any request by the students will be given/received via email and on the Moodle / Elearning website
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Approfondimento della chimica inorganica/di coordinazione dei metalli di transizione d, con particolare riferimento alla natura e proprietà dei leganti/anioni più comuni. Per ciascuna classe di composti, saranno presentati:

1) distribuzione nella tavola periodica, in particoare nel blocco d

2) considerazioni sulla natura del legame e sulla struttura; e conseguenti proprietà chimico-fisiche

3) principali reazioni di sintesi/formazione e reattività (acido/base, redox)

4) esempi applicativi, in particolare riguardanti le tematiche della corrosione e metallurgia

Gli aspetti 1-3 ed il loro andamento in funzione del centro metallico scelto (lungo il gruppo, lungo il periodo e rispetto allo stato di ossidazione) sarà presentato/discusso con riferimento alle proprietà dei leganti (dimensioni atomiche, elettronegatività, proprietà elettroniche) e dati termodinamici (energia di legame, costanti di equilibrio, potenziali di riduzione).

 

  • Ioni metallici in soluzione acquosa: aquoioni, idrossocomplessi e ossocomplessi. Equilibri acido/base, di consensazione e redox.
  • Ossidi metallici. Aspetti strutturali e relazione con lo stato di ossidazione. Sintesi/formazione, caratteristiche di solubilità, reattività acido/base.
  • Cloruri metallici. Aspetti strutturali e relazione con lo stato di ossidazione del centro metallico. Acidità secondo Lewis. Reattività nei confronti dell’idrolisi. Clorocomplessi [MClx]n-.
  • Fluoruri, bromuri e ioduri metallici. Considerazioni su elettronegatività, energie di legame e potere ossidante dell’alogeno. Considerazioni sul massimo stato di ossidazione raggiungibile dai metalli di transizione e sul carattere ionico/covalente del legame. Strutture e formazione/reattività: confronto con cloruri.
  • Solfati, nitrati (ed altri ossoanioni) dei metalli. Capacità coordinante e confronto tra le strutture allo stato solido e in soluzione. Composti anidri e idrati, e confronto con cloruri (alogenuri). Metodi di sintesi generali, aspetti redox e relazione con stato di ossidazione.
  • Cianuri metallici e cianocomplessi. Ione CN-: caratteristiche generali e proprietà come legante, confronto con altri leganti e nei confronti di vari centri metallici. Conseguenze sulla stabilità e le proprietà redox dei composti metallici.
  • Amminocomplessi [M(NH3)x]n+. NH3: caratteristiche generali e reattività acido/base, redox e di sostituzione. Confronto con H2O e acquocomplessi.
  • Solfuri (e disolfuri) metallici. Confronto zolfo/ossigeno: elettronegatività, acidità H2O/H2S, principio hard/soft e confronto solfuro/ossido per la stabilizzazione alti stati di ossidazione. Conseguenze su aspetti strutturali, natura del legame, reattività/solubilità in acqua.
  • L’ossidazione dei metalli: aspetti cinetici e termodinamici. Metalli nobili e non. O2 e H+ come agenti ossidanti: reazioni redox in soluzione acquosa. Acidi minerali più comuni, acqua regia e reattività con i metalli di transizione.
  • La chimica della corrosione (introduzione). Aspetti generali (cinetici e termodinamici), diagrammi di Pourbaix. La corrosione del Ferro. La corrosione galvanica. Metodi utilizzati per rallentare o impedire la corrosione.
  • Aspetti chimici della metallurgia. Dal minerale al metallo: principi generali di reattività sfruttati per la separazione, la riduzione e la purificazione dei metalli di transizione d. Produzione industriale di V, Cu, Au e metalli del gruppo del platino (Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt).
Syllabus

Metal ions in aqueous solution: aquoions, hydroxo and oxocomplexes. Solubility, acid/base and redox equilibria.

Metal oxides. Structural aspects and trends with oxidation state of the metal center. Synthesis/formation, solubility and acid/base reactivity.

Metal chlorides. Structural aspects and trends with oxidation state of the metal center. Lewis acidity. Reactivity towards hydolysis. Chlorocomplexes [MClx]n-.

Metal fluorides, bromides and chlorides: bond energy and oxidising characther of the halogen. Considerations on the highest oxidation state for transition metals (comparison with oxides). Considerations on the ionic/covalent character of coordination complexes.

Metal sulfates, nitrates and related species. Coordinating ability, comparison between solid state and solution structure. Anhydrous and hydrate species, comparison with metal halides. Synthesis, acid/base and redox reactivity.  

Cyanocomplexes and metal cyanides. Cyanide ion: general features and interaction with metal centers. Formation / hydrolysis of cyanocomplexes and relation with M-CN bond strenght.

Ammonia: acid/base reactivity, in Bronsted and Lewis terms. Aminocomplexes: formation constants, hydrolysis and competitive Bronsted basicity.

Metal sulfides. Sulfur/oxygen comparison: electronegativity, acidity of H2O vs H2S, hard/soft principles. Sulfide vs oxide: interaction with metal centers and trends with oxidation states. Structural, bonding type, solubility and acid/base reactivity of metal sulfides.

Oxidation of metals: “Noble” and “base” metals, kinetic and thermodynamic aspects. O2 and H+ as oxidising agents: redox reactions in aqueous solution. Common mineral acids, Aqua regia and their reactivity with metals.

The chemistry of corrosion (introduction). General aspects (kinetic & thermodynamic), Pourbaix diagrams. Corrosion of iron. Galvanic corrosion. Strategies for corrosion protection / prevention.

Chemical aspects of metallurgy. From the mineral to the metal : general principles of reactivity in order to separate, reduce and purify transition metals. Industrial production of V, Cu, Au. Precious metal refining (Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt).

Bibliografia e materiale didattico

Appunti presi a lezione, materiale incluso nelle slides delle lezioni e materiale supplementare disponibile sulla piattaforma Moodle / Elearning.

Come approfondimento/riferimento può essere consultato il seguente testo:

Chemistry of the Elements, N.N. Greenwood, A. Earnshaw, 2nd Ed. 1997, cap. 19-29

Bibliography

Lesson notes and slides, and supplementary material provided on the Moodle / Elearning website.

In addition, the following book can be consulted :

Chemistry of the Elements, N.N. Greenwood, A. Earnshaw, 2nd Ed. 1997, cap. 19-29

Modalità d'esame

L'esame consiste in un colloquio tra il candidato e il docente circa gli argomenti trattati durante il corso. La prova orale è superata qualora lo studente dimostri una sufficiente comprensione e capacità di ragionamento circa gli argomenti oggetto del colloquio, particolarmente riguardo agli aspetti chimici fondamentali.

L’esame sarà svolto, in date stabilite, in presenza (aula del Dipartimento di Chimica), oppure in modalità online sulla piattaforma Microsoft Teams.

Assessment methods

The exams of an interview of the student about the topics covered during the course. The oral exam is passed if the student is familiar with the topics being discussed and has developed a critical knowledge, and ability to reason with regard to fundamental chemical aspects.

The exam will take place in selected dates in the classroom at the Department of Chemistry or online via Microsoft Teams.

Updated: 24/07/2021 12:47