ECTS - University of Pisa
Modulo: Chimica Generale
Lo studente che completerà il corso con successo avrà una solida conoscenza dei principi fondamentali della Chimica Generale con particolare riferimento a quelli più importanti per le Scienze Biologiche. Lo studente sarà ingrado di usare con profitto la tavola periodica, saprà risolvere semplici esercizi numerici e problemi collegati con i contenuti del corso, e riuscirà a sfruttare ed applicare con profitto le conoscenze acquisite in altri corsi di base quali Chimica Organica e Biochimica.
Modulo: Chimica Fisica
Lo studente che completerà il corso avrà una conoscenza solida dei principi basilari della Chimica Fisica, con particolare riferimento a quei concetti che si dimostrano importanti nello studio delle Scienze Biologiche. Avrà acquisito le nozioni fondamentali dei principi della termodinamica, dell’’equilibrio chimico, dei passaggi di fase,dell'elettrochimica e delle principali spettroscopie. Il bagaglio culturale acquisito costituirà la basa di comprensione di altre discipline in ambito chimico e biochimico.
The student who successfully completes the course will demonstrate a solid knowledge of the basic principles and topics of General Chemistry in particular of those which are most important for Biological Sciences; he will also be able to fruitfully use the Periodic Table, to solve simple numerical exercises and problems related to the course contents. The student should be able to easily exploit and extend the acquired knowledge in the following, attending other fundamental courses as Organic Chemistry and Biological Chemistry.
Modulus: Physical Chemistry
The student who successfully completes the course will demonstrate a solid knowledge of the basic principles and topics of Physical Chemistry, in particular of those which are most important for Biological Sciences. Acquisition of the fundamental notions of the kinetic particle theory, the principles of thermodynamics, of chemical equilibrium, of the transfer of matter from one phase to another. Knowledge of the principles of electrochemistry. The acquired cultural baggage will constitute the basis for understanding other disciplines in the chemical and biochemical field.
Modulo: Chimica Generale
Esame scritto finale
Lo studente dovrà dimostrare di saper risolvere semplici esercizi numerici e problemi e dare risposte semplici, concise e corrette a domande su conoscenze fondamentali di Chimica Generale.
L'esame scritto può essere sostituito dal superamento di due prove scritte effettuate durante l'anno su sottoparti del programma.
Modulo: Chimica Fisica
Esame scritto finale
Gli studenti possono richiedere un' ulteriore prova orale
Nell'esame scritto, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di (i) fornire delle risposte concise ed esaustive a domande teoriche riguardanti i concetti fondamentali della materia trattata.(i) risolvere semplici esercizi e problemi più complessi inerenti agli argomenti trattati nel corso; Durante l'eventuale esame orale, lo studente dovrà dimostrare la sua conoscenza degli argomenti trattati e di colloquiare con il docente utilizzando un lessico appropriato.
Precisazione:
La prova finale, sia scritta che orale, potrà essere divisa in due parti (Chimica Generale e Chimica Fisica), a discrezione dei docenti assegnati ai due rispettivi moduli del corso.
Modulus: General Chemistry
Method:
In the written exam the student must demonstrate to be able (i) to solve simple numerical exercises and problems; (ii) to give a concise, effective and correctly written reply to some fondamental question. The written test can be replaced by two in progress tests.
Modulus: Physical Chemistry
Method:
In the written exam the student must demonstrate to be able (i) to solve simple numerical exercises and problems; (ii) to give a concise, effective and correctly written reply to some foundamental question. During the oral exam, the student must demonstrate his/her knowledge of the course contents and his/her ability to use the appropriate terminology.
Further information:
The final written and/or oral exam might be split into two parts (General Chemistry and Physical Chemistry), at discretion of the lecturer(s) in charge of the course.
Modulo: Chimica Generale
Lo studente avrà acquisito un lessico chimico appropriato, la capacità di usare correttamente la tavola periodica e di conoscere le informazioni in essa contenuta. Lo studente saprà inoltre risolvere problemi di stechiometria e problemi riguardanti l'equilibrio chimico. Avrà le conoscenze necessarie per svolgere i calcoli per la preparazione di soluzioni a concentrazione nota, per riconoscere acidi, basi, sostanze ossidanti e riducenti.
Modulo: Chimica Fisica
Applicando i concetti fondamentali di energia, calore, lavoro, entalpia, capacità termica, entropia, energia libera e potenziale chimico, lo studente sarà in grado di discutere le proprietà dei sistemi e le trasformazioni della materia dandone un'interpretazione microscopica, quando richiesto. Sarà in grado di identificare i criteri per determinare la spontaneità dei processi (transizioni di fase, processi osmotici, reazioni chimiche). Sarà in grado di comprendere l'attribuzione di spettri ottici e di risonanza magnetica.
Lo studente dovrà essere in grado di risolvere semplici esercizi di base relativamente agli argomenti trattati nel corso. Lo studente dovrebbe essere in grado di usare facilmente ed estendere le conoscenze acquisite in altri corsi fondamentali come Chimica Organica e Biochimica.
Modulus: General Chemistry
Acquisition of an appropriate chemical vocabulary; ability to correctly use the periodic table and to know the information contained in it; ability to solve stoichiometry problems and problems concerning chemical equilibrium; ability to perform the correct calculations to prepare solutions; ability to recognize acids, bases, oxidizing substances and reducing agents.
Modulus: Physical Chemistry
By appling the fundamental concepts of energy, heat, work, enthalpy, thermal capacity, entropy, free energy and chemical potential, the student will be able to discuss the properties of the systems and the transformations of the matter giving a microscopic intepretation when it is required. He will be able to identify the criteria to determine the spontaneity of the processes (phase transitions, osmotic processes, chemical reactions).
The student will be able to solve simple numerical exercises and problems related to the course contents. The student should be able to easily exploit and extend the acquired knowledge in the following, attending other fundamental courses as Organic Chemistry and Biological Chemistry.
Modulo: Chimica Generale
Lo studente dovrà dimostrare di saper risolvere semplici esercizi numerici e problemi con l'aiuto della tavola periodica e dovrà dare risposte semplici, concise e corrette con un linguaggio appropriato a domande su conoscenze fondamentali di Chimica Generale.
Modulo: Chimica Fisica
Lo studente dovrà dimostrare di saper risolvere semplici esercizi numerici e problemi. Lo studente dovrebbe essere in grado - con parole semplici, concise e corrette o utilizzando altre forme scritte, simboliche, grafiche e numeriche - di fornire spiegazioni motivate per fenomeni, schemi e relazioni sugli argomenti del corso.
Modulus: General Chemistry
The student will have to demonstrate to be able to solve simple numerical exercises and problems with the help of the periodic table and he will have to give simple, concise and correct answers with an appropriate language to questions about fundamental knowledge of General Chemistry.
Modulus: Physical Chemistry
The student will have to demonstrate to be able to solve simple numerical exercises and problems The student should be able - in simple, concise and correct words or using other written, symbolic, graphic and numerical forms - to give motivated explanations for phenomena, schemes and relationships about the course topics.
Modulo: Chimica Generale
Lo studente acquisirà sensibilità al metodo scientifico, senso critico nella valutazione dei risultati ottenuti
Modulo: Chimica Fisica
Lo studente acquisirà sensibilità al metodo scientifico, senso critico nella valutazione dei risultati ottenuti
Modulo: Chimica Generale
Sarà richiesto allo studente di commentare i risultati ottenuti e di motivare le risposte fornite in sede di esame
Modulo: Chimica Fisica
Sarà richiesto allo studente di commentare i risultati ottenuti e di motivare le risposte fornite in sede di esame
Modulo: Chimica Generale
Conoscenze di base di matematica
Modulo Chimica Fisica:
competenze basilari di matematica, scienze fisiche e chimiche. Aritmetica ed algebra di base, operazioni con le potenze, interpretazione di grafici semplici, uso dei logaritmi. Derivate e integrali elementari.
Modulo: Chimica Generale
Il corso prevede lezioni frontali ed esercitazioni numeriche.
Lo studente è invitato a prendere parte attiva a lezioni ed esercitazioni e a svolgere autonomamente gli esercizi proposti.
Modulo: Chimica Fisica
Il corso prevede lezioni frontali ed esercitazioni numeriche.
Lo studente è invitato a prendere parte attiva a lezioni ed esercitazioni.
Modulus: General Chemistry
Delivery: face to face
Attendance: Advised
Learning activities:
Teaching methods:
Modulus: Physical Chemistry
Delivery: face to face
Attendance: Advised
Learning activities:
Teaching methods:
Modulo: Chimica Generale
Introduzione. Definizioni. Unità di misura. Errori nelle misure e cifre significative. Calcoli numerici.
Atomi ed elementi. Struttura della materia. Elementi, composti e miscele. Leggi delle combinazioni chimiche. Teoria atomica di Dalton. Atomi ed elementi. Il numero atomico, il numero di massa. Gli isotopi. La massa atomica, l'unità di massa atomica, la massa atomica media. Tavola periodica degli elementi. Configurazione elettronica degli elementi. I numeri quantici n, l, ml e ms. Definizione di livello, Sottolivello, Orbitali s,p,d. Energia degli orbitali atomici per atomo monoelettronico e per atomi multielettronici. Effetto di schermo in un sistema multielettronico. Riempimento degli orbitali (Principio di Aufbau). Regola di Hund. Paramagnetismo e diamagnetismo. Andamenti periodici delle seguenti proprietà: carica nucleare effettiva, raggi atomici, raggi ionici, energia di ionizzazione affinità elettronica elettronegatività carattere metallico.
Molecole e ioni. Le formule chimiche: formule molecolari, formule empiriche, formule di struttura. Massa molecolare, Massa dell'unità formula. Nomenclatura chimica di composti molecolari e ionici, acidi, ossiacidi, ossoanioni e basi dei metalli dei gruppi principali. La mole. Composizione percentuale in massa di composti ionici e molecolari e analisi elementare. Il legame chimico: legame ionico e covalente. Rappresentazione di Lewis. La geometria molecolare: dalle strutture di Lewis alla disposizione degli atomi nello spazio secondo la VSEPR. Teoria del legame di Valenza (VB). Ibridizzazione degli orbitali atomici e applicazione allo studio delle geometrie molecolari. Le interazioni intermolecolari(forze di van der Waals). Forze dipolo dipolo e legame a idrogeno. Forze dipolo-dipolo indotto e dipolo indotto-dipolo indotto. Elettroliti forti e deboli.
Stechiometria delle reazioni chimiche. Le reazioni chimiche. Equazioni chimiche e loro bilanciamento. I numeri di ossidazione. Bilanciamento delle reazioni redox con il metodo dei numeri di ossidazione. Bilanciamento di ossidoriduzioni con il metodo delle semireazioni in ambiente acido e basico. Calcoli stechiometrici. Reazioni in soluzione acquosa. Molarità. Resa delle reazioni e agente limitante. Equazioni molecolari, ioniche e ioniche nette.
L'equilibrio chimico. Legge di azione di massa e sua applicazione nel caso di equilibri omogenei ed eterogenei. Definizione di Kc e Kp e loro relazione. Dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura Il principio di Le Chatelier: spostamento dell'equilibrio a seguito di variazioni di concentrazione, pressione e volume. La dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura. Equilibri acido-base. Definizione di acidi e basi di Arrhenius e Bronsted. Reazioni di neutralizzazione acido-base. Identificazione delle coppie acido/base equilibri acido base. Prodotto ionico dell'acqua e KW. Acidi e basi forti e deboli. Costanti di acidità e basicità. Definizione e calcolo di pH e pOH. Soluzioni tampone. Titolazioni acido base: acido forte-base forte; acido debole-base forte; base debole-acido forte. Equilibri di solubilità e prodotto di solubilità. Soluzione satura, insatura e soprasatura. Solubilità e solubilità molare.
Modulo: Chimica Fisica
Introduzione. Sistemi e tipi di sistemi, ambiente; variabili termodinamiche, equazioni di stato. Processi termodinamici. Temperature. Volume. Pressione. Densità.
Gas. Gas ideali. Le leggi dei gas ideali. Legge di Dalton delle pressioni parziali. Interazioni intermolecolari. Gas reali. Equazione di stato di Van der Waals. Liquefazione di gas. Temperatura critica. Teoria cinetica dei gas. Equipartizione di energia. Equazione di Boltzman. Distribuzione di Maxwell - Boltzmann
Primo principio della termodinamica. Lavoro. Calore. capacità termica a volume e pressione costanti. Processi reversibili e irreversibili. Equivalenza fra calore e lavoro. Primo principio della termodinamica. Funzioni di stato. Entalpia. Trasformazioni dei gas ideali: lavoro, calore, energia interna e variazione di entalpia, relazione tra Cv e Cp.
Termochimica. Legge di Hess. Energia di legame. Il calorimetro di Lavoisier. Calorimetro a volume costante e calorimetro a pressione costante.
Seconda legge della termodinamica. Introduzione alla seconda legge della termodinamica. Equazione di Boltzmann. Interpretazione molecolare dell'entropia. Entropia termodinamica. Disuguaglianza di Clausius. Entropia e sue variazioni nelle trasformazioni reversibili ed irreversibili; variazioni di entropia in relazione alle transizioni di fase, espansione di un gas ideale, miscelamento di gas ideali, riscaldamento di una sostanza.
Terzo principio della termodinamica
Energia libera di Helmholtz e Gibbs. Equazione fondamentale della termodinamica per sistemi chiusi. Funzioni ausiliarie e loro proprietà: Energia libera di Helmholtz e Gibbs. Lavoro massimo. Equazione di Gibbs-Helmholtz. energia libera di Gibbs di reazione, stati standard. Variazione di energia libera di Gibbs nell’idrolisi dell’ATP. Reazioni accoppiate.
Sostanze pure e miscele. Grandezze molari e molari parziali. Il potenziale chimico ed elettrochimico. Equazione fondamentale della termodinamica per sistemi aperti. Integrazione dell'equazione fondamentale della termodinamica. Criteri per l'equilibrio e la spontaneità dei processi naturali. Diagrammi di fase di una sostanza pura. Equazione di Clausius e Clausius-Clapeyron. Soluzioni ideali. Legge di Raoult e legge di Henry. Miscele reali. Dipendenza del potenziale chimico dalla concentrazione, temperatura e pressione. Attività.
Proprietà colligative. Crioscopia, ebullioscopia. Osmosi Equilibrio chimico. Sistemi di reazione omogenei ed eterogenei. La relazione tra energia libera ed costante di equilibrio. Equazione di Van't Hoff. Principio di Le Chatelier.
Elettrochimica. Celle Galvaniche. L'elettrodo standard a idrogeno. Potenziali di riduzione standard. Equazione di Nernst. Fenomeni di trasporto attraverso le membrane cellulari. Potenziale di membrana di equilibrio e di non equilibrio. Lavoro di membrana.
Spettroscopia. Principi delle spettroscopie ottiche: rotazioni e vibrazioni molecolari, transizioni elettroniche. Spettri IR, Raman e UV-visibile. Fluorescenza. Risonanza magnetica nucleare (NMR).
Modulus: General Chemistry
Atoms and elements. Structure of the matter. Elements, compounds and mixtures. Laws of chemical proportions. Dalton's atomic theory. The atomic number, the mass number. Isotopes. The atomic mass, the atomic mass unit, the average atomic mass. Periodic table of the elements. Electronic configuration of the elements. The quantum numbers n, l, ml and ms. Definition of level, Sub-level, Orbitals s, p, d. Energy of atomic orbitals for monoelectronic atom and for many-electronic atoms. Shielding effect in a many-electronic atoms. The building up principle (Aufbau principle). Hund's rule. Paramagnetism and diamagnetism. Periodic trends of the following properties: effective nuclear charge, atomic rays, ionic rays, ionization energy electron affinity electronegativity metallic character.
Molecules and ions. Chemical formulas: molecular formulas, empirical formulas, structural formulas. Molecular mass, Mass of the formula unit. Chemical nomenclature of molecular and ionic compounds, acids, oxyacids, oxoions and bases of the metals of the main groups. Amount. Mass percentage composition of ionic and molecular compounds and elemental analysis. The chemical bond: ionic and covalent bond. Lewis representation. Molecular geometry: from Lewis structures to the arrangement of atoms in space according to VSEPR. Valence bond theory (VB). Hybridization of atomic orbitals and application to the study of molecular geometries. Intermolecular interactions (van der Waals forces). Dipole dipole and hydrogen bond forces. Induced dipole-dipole forces and induced dipole-induced dipole. Strong and weak electrolytes.
Stoichiometry of chemical reactions. Chemical reactions. Chemical equations and their balance. Oxidation numbers. Balance of redox reactions with the method of oxidation numbers. Oxidation-reduction balancing with the semi-reaction method in an acid and basic aqueous solutions. Stoichiometric calculations. Reactions in aqueous solution. Molarity. Yield of reactions and limiting reagent. Molecular equations, ionic and net ionic equations.
Chemical kinetics. the reaction rate, Kinetic equations and reaction’s order. Integrated zero order, one and two kinetic equations and their graphs. The half-life and the kinetic constant for all three reaction orders. The dependence of the kinetic constant on temperature, the Arrhenius equation. Catalysts.
Chemical equilibrium: Law of mass action and its application in the case of homogeneous and heterogeneous equilibria. Definition of Kc and Kp and their relationship. Dependence of the equilibrium constant on temperature The Le Chatelier principle: shift of the balance following changes in concentration, pressure and volume. The dependence of the equilibrium constant on temperature. Acid-base equilibria. Definition of acids and bases of Arrhenius and Bronsted. Acid-base neutralization reactions. Identification of acid/base pairs. Ionic product of water and KW. Strong and weak acids and bases. Acidity and basicity constants. Definition and calculation of pH and pOH. Buffer solutions. Acid/base titrations: strong base - strong acid; weak acid - strong base. Solubility equilibria and solubility product. Saturated, unsaturated and supersaturated solutions. Solubility and molar solubility.
Modulus: Physical Chemistry
Introduction. Systems and type of sysems, surroudings; thermodynamic variables, state equations. Thermodynamic processes. Temperature. Volume. Density Pressure.
Gases. Ideal gases. The gas laws . Dalton's law of partial pressures. Intermolecular interactions. Real gases. Van der Waals state equation. Liquefation of gases. Critical temperature.. Kinetic theory of gases. Equipartition of energy. Boltzman equation. Maxwell–Boltzmann distribution
Zero and first law of thermodynamics. Work. Heat. Thermal capacity at constant volume and pressure. Reversible and irreversible processes. Equivalence of heat and work. First law of thermodynamics. State functions. Enthalpy. Ideal gas transformations: work, heat, internal energy and variation of enthalpy, relationship between Cv and Cp.
Termochemisty. Hess' law. Bonding energy. The ice calorimeter of Lavoisier . Constant-pressure calorimeter; constant-volume calorimeter
Second law of thermodynamics. Introduction to the second law of thermodynamics. Boltzmann equation. Molecular interpretation of entropy. Thermodynamic entropy. Clausius inequality. Entropy changes in reversible and irreversible processes; entropy changes during phase transitions, expansion of an ideal gas, mixing of ideal gases, heating of a substance.
Third principle of thermodynamics
Helmholtz and Gibbs free energy. Fundamental equation of thermodynamics for closed systems. Auxiliary functions and their properties: free energy of Helmholtz and Gibbs. Maximum work. Gibbs-Helmholtz equation. Gibbs free energy of reactions. Standard sate and biologic standard stae in free energy of reactions. Changes in the Gibbs free energy of ATP hydrolysis. Coupled reactions.
Pure subtance and mixtures. molar and partial molar quantities. The chemical and electrochemical potential. Fundamental equation of thermodynamics for open systems. Integration of the fundamental equation of thermodynamics Criteria for equilibrium and spontaneity of natural processes as a function of extensive and intense quantities.Phase transitions of pure substances. Phase diagrams of a pure substance. Clausius and Clausius-Clapeyron equations. Ideal solutions. Raoult' law and Henry' law. Real mixtures. Dependence of chemical potential on concentration, temperature and pressure. Activity.
Colligative properties. Cryoscopy, ebullioscopy. Osmosis
Chemical equilibrium. Homogeneous and heterogeneous reaction systems. The Relationship Between Free Energy and Equilibrium Constants. Van't Hoff equation. Le Chatelier's principle
Electrochemistry. Galvanic Cells. The hydrogen standard electrode. Standard reduction potentials. Nernst equation. Transport across cell membranes. Equilibrium and non-equilibrium membrane potential. Membrane work.
Modulo: Chimica Generale
Si consiglia allo studente di completare e consolidare l'apprendimento iniziato in classe con la lettura dei capitoli di libri di testo del settore quali ad esempio: Raymond Chang, Kenneth Goldsby Fondamenti di Chimica Generale, Edizioni McGraw Hill Education; Whitten, Davis, Peck, Stanley, Chimica , Edizioni Piccin
Modulo: Chimica Fisica
P. Atkins, J. de Paula, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli 2018
Modulus: General Chemistry
Recommended reading includes chapters from basic texts as, for example: - R. Chang and K. E. Goldsby, General Chemistry, The Essential Concepts, Ed. Mc Graw Hill;
Modulus: Physical Chemistry
Recommended reading includes chapters from basic texts as, for example: R. Chang, Chimica Fisica I , Zanichelli- R. Chang, Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences; - Further bibliography will be indicated.
Lectures notes, some exercises and slides are available on the course website. Slides are intended for the use of lectures only
Modulo: Chimica Generale
L'esame consiste di una prova scritta. Lo studente durante la prova scritta può avvalersi dell'uso della calcolatrice e della tavola periodica.
Gli studenti certificati DSA potranno fruire di tempo aggiuntivo (30% in più). Altre modalità di esame o necessità di strumenti compensativi/dispensativi verranno valutati di volta in volta e concordati con il docente.
Modulo: Chimica Fisica
L’esame consiste in una prova scritta e se necessario, o a richiesta, una prova orale aggiuntiva. È ammesso l'uso di una calcolatrice e di una tavola periodica.
Modulus: General Chemistry
During the written exam, the use of the calculator and the periodic table will be allowed. Additional time (30% more) will be given to DSA certified students. Other compensatory / dispensative tools will be evaluated and agreed with the teacher.
Modulus: Physical Chemistry
Students must bring their university booklet and / or ID card. The use of a calculator and a periodic table are allowed. Books, notes, tables, white papers, cell phones, computers and PDAs are strictly prohibited.
Weighting of Assessment Objectives: Knowledge with Understanding, approximately 50% of the marks; Solving Problems, approximately 50% of the marks
