ECTS - University of Pisa
Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze in merito alla struttura della materia allo stato atomico/molecolare, alle relazioni tra struttura e proprietà macroscopiche nonchè all'evoluzione in base ai principi termodinamici e cinetici dei sistemi reagenti chimici ed elettrochimici.
By the end of the course the student will have acquired a solid knowledge of the matter structure at the atomic/molecular level, the relationships between structure and macroscopic properties as well as the evolution of the chemical and elettrochemical processes based on thermodynamic and kinetic principles.
La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione della prova scritta e successivo colloquio svolto nello stesso appello di esame.
The acquired knowledge will be verified by a written test followed by an oral exam in the same exam session.
Al termine del corso lo studente avrà piena padronanza:
- delle proprietà periodiche degli elementi, della struttura atomica, delle teorie di legame e della struttura molecolare
- della nomenclatura e della stechiometria chimica
- delle proprietà della materia allo stato aeriforme, liquido e solido
Saprà calcolare la composizione di equlibrio di sistemi reagenti omogenei ed eterogenei chimici ed elettrochimici. Saprà valutare l'effetto di cambiamenti di pressione, temperatura e composizione sull'equilibrio di sistemi reagenti e sulla cintetica di reazione.
Inoltre, saprà impostare prove sperimentali tese a valutare la cinetica di reazioni in fase omogenea.
Saprà impostare, svolgere e descrivere semplici esperimenti secondo il metodo scientifico.
By the end of the course the student will be able to evaluate the equilibrium composition of homogeneous and heterogeneous chemical and electrochemical reagent systems.
Furthermore, he/she will be able to evaluate the effect of changes in pressure, temperature and composition on the equilibrium of reagent systems and on reaction kinetics.
He/she will be able to set up experimental tests aimed at evaluating the kinetics of reactions in homogeneous phase.
Al termine del corso sarà svolta una simulazione di esame scritto sugli argomenti trattati come strumento per gli studenti per valutare il loro livello di apprendimento.
At the end of the course, a written test simulation will be performed on the topics treated as a tool for the students to evaluate their learning level.
Attraverso le attività teoriche ed esercitazioni numeriche lo studente potrà acquisire consapevolezza dell'importanza dei fondamenti di chimica generale per l'ingegneria chimica, in particolare nella realizzazione e conduzione dei processi chimici a livello industriale.
Through the lessons and numerical exercises, the student will acquire an awareness of the importance of general chemistry fundamentals for the realization and management of chemical processes at an industrial level.
Durante le sessioni di laboratorio e le esercitazioni numeriche saranno valutati il grado di apprendimento e la capacità degli studenti di applicare concetti teorici alla soluzione di problemi pratici.
During the laboratory sessions and the numerical exercises, the degree of learning and the ability of the students to apply theoretical concepts to the solution of practical problems will be evaluated.
Nessuno prerequisito è richiesto
No prerequisite is required
Le lezioni sono di tipo frontale tradizionale; le esercitazioni si svolgono in aula e gli studenti sono invitati a svolgere autonomamente i problemi con il supporto del docente.
Esperienze di laboratorio saranno svolte presso il laboratorio chimico didattico dal docente e da personale tecnico di supporto alla didattica al fine di far consolidare allo studente alcuni argomenti del corso.
Il materiale didattico è costituito dal testo di riferimento e dalle slides delle lezioni messe a disposizione dal docente.
L'interazione con lo studente avviene anche al di fuori della lezione mediante ricevimenti concordati con il docente e posta elettronica.
The lessons are traditional frontal type; the exercises are held in the classroom and the students are encouraged to solve the problems independently with the support of the teacher.
Laboratory experiences will be conducted at the teaching chemistry laboratory by the teacher and by technical support staff to consolidate some course topics.
The teaching material consists of the reference text and the slides of the lessons made available by the teacher.
Interaction with the student also takes place outside the class by means of receptions arranged with the teacher and by e-mail.
Gli argomenti trattati nel corso sono i seguenti:
Evidenze sperimentali sull'atomo (radiazione, quanti, fotoni, dualismo onda/corpuscolo, principio di indeterminazione, funzioni d’onda e livelli energetici, spettri atomici di emissione e di assorbimento)
I modelli atomici
La struttura degli atomi monoelettronici e multielettronici
Il carattere periodico delle proprietà atomiche
Le conseguenze sulle proprietà macroscopiche della materia
I Legami chimici
I legami ionici (la polarizzabilità)
I legami covalenti (l’elettronegatività)
Le strutture di Lewis
Le eccezioni della regola dell’ottetto
Forza e lunghezza dei legami covalenti
Forma e struttura delle molecole (modello VSEPR)
La teoria degli orbitali molecolari (compresa la teoria delle bande)
Teoria del legame di valenza
Le proprietà dei gas ideali e reali
Le miscele gassose
Le forze intermolecolari (ione-dipolo, dipolo-dipolo, London, legame a idrogeno)
La nomenclatura chimica
Il bilanciamento delle reazioni chimiche
Reazioni di scambio
Reazioni redox
Termodinamica chimica limitata a sistemi chiusi e lavoro di tipo espansivo
Variabili e funzioni di stato
Primo e secondo principio della termodinamica
Energia interna ed entalpia di gas ideali e fasi condensate
Calore molare
Stato standard
Entalpia standard di formazione, di reazione, di soluzione
Energia libera standard di formazione e di reazione Criteri di spontaneità di una reazione
Equilibri chimici in fase omogenea (gassosa e liquida) e in fase eterogenea (solido-gas, solido-liquido)
La costante di equilibrio
La solubilità in soluzioni acquose
Acidi e basi secondo Arrhenius, Brønsted-Lowry, Lewis
Autoprotolisi dell’acqua
pH e pOH
Acidi e basi forti e deboli
pH di acidi e basi forti e deboli, di acidi e basi poliprotici
pH di soluzioni saline e tamponi Equilibri di formazione di complessi
Gli equilibri di solubilità
L’elettrochimica
Il lavoro elettrico
Il principio evolutivo di sistemi elettrochimici
Reazioni elettroniche: semicelle ed elettrodi
Potenziale elettrochimico
Elettrodi di prima specie, redox a metallo inerte, a gas a metallo inerte, di seconda specie
Potenziali di elettrodo e standard di riduzione
Celle galvaniche
Celle elettrolitiche
Cinetica Chimica e catalisi
Introduzione ai metodi di analisi volumetrica: titolazioni con metodi visuali (indicatori) e strumentali (potenziometrici), applicazioni a equilibri acido-base, di complessazione, di precipitazione e di ossido-riduzione.
Introduzione ai metodi gravimetrici.
ESPERIENZE DI LABORATORIO
- analisi volumetrica: titolazione acido-base con indicatore e per via potenziometrica;
- elettrochimica: elettrolisi di soluzione acquose di sali.
The course covers the following topics:
Experimental evidences concerning the atom (radiation, quantum, photons, wave-particle duality of electron, uncertainty principle, wave functions and discrete energy levels, atomic emission and absorption spectra)
The atomic models
The structure of monoelectronic and multielectronic atoms
The periodic character of atomic properties and its consequence on the macroscopic properties of matter
Chemical bonds (ionic, covalent and metallic)
Ionic bonds (the polarizability)
Covalent bonds (electronegativity)
Lewis's structures
The exceptions of the octet rule
Strength and length of covalent bonds
Form and structure of molecules (model VSEPR)
The theory of molecular orbitals (including the theory of bands)
The theory of the valence binding
Intermolecular forces (ion-dipole, dipole-dipole, London, hydrogen bond)
The properties of ideal and real gases
The gaseous mixtures
The chemical nomenclature
The balance of chemical reactions
Exchange reactions
Redox reactions
Chemical thermodynamics limited to closed systems and expansive work (pressure.volume work)
State variables and functions
First and second principles of thermodynamics
Internal energy and enthalpy of ideal gases and condensed phases
Heat capacity at constant pressure and volume
Standard state
Standard enthalpies of formation and reaction
Standard free energy of formation and reaction
Criteria of spontaneity of a reaction
Chemical equilibria in homogeneous phase (gaseous and liquid) and in heterogeneous phase (solid-gas, solid-liquid)
The equilibrium constant
Solubility in aqueous solutions
Acids and bases according to Arrhenius, Brønsted-Lowry, Lewis
Self-protection of water
pH and pOH
Strong and weak acids and bases
pH of strong and weak acids and bases, of polyprotic acids and bases
pH of saline solutions and buffers.
Complex formation balances
Solubility equilibria
Electrochemistry The electrical work
Electronic reactions: half-cells and electrodes
Electrochemical potential
Classification of electrode types
Standard reduction potentials
Galvanic cells
Electrolytic cells
Chemical kinetics and catalysis
Peter Atkins, Loretta Jones “Chemical Principles-The quest for insight” IV o V Edizione, W.H. Freeman & Company New York
oppure la traduzione in italiano delle III Edizione del testo suddetto
Peter Atkins, Loretta Jones “Principi di Chimica”, Zanichelli
Slides delle lezioni svolte dal docente.
Peter Atkins, Loretta Jones "Chemical Principles - The Quest for Insight" IV or V Edition, W.H. Freeman & Company New York.
or the Italian translation of the III Edition of the above text:
Peter Atkins, Loretta Jones "Principi di Chimica", Zanichelli
Slides of the lessons
Non sussistono variazioni di programma e di modalità di esame per i non frequentanti.
There are no changes in the program and assessment methods for non-attending students.
L'esame si articola in una prova scritta che consiste in un test di 7-10 domande a risposta chiusa o aperta e 5-6 esercizi/problemi da risolvere in aula o per via telematica nel caso in cui l'emergenza Covid-19 si protrarrà dopo il 1° periodo (durata prova 3 ore); una volta superata la prova scritta con votazione maggiore o uguale a 17 si accede alla prova orale, che deve essere svolta nello stesso appello, salvo comprovati impedimenti, che consiste in un colloquio tra il candidato e il docente su tutto il programma svolto e le eventuali esperienze di laboratorio, se svolte.
La prova orale non è superata se il candidato mostra di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta e se il candidato mostrerà l'incapacità di mettere in relazione concetti teorici con la loro applicazione pratica. Il mancato superamento della prova orale richiede di dover sostenere di nuovo la prova scritta.
Nel caso di superamento della prova orale, il voto finale sarà così valutato: 2/3 voto della prova scritta + 1/3 voto della prova orale, arrotondato per eccesso.
The final exam is made up of one written test, followed by one oral test.
The written test consists of:
7/10 questions and 5/6 exercises /problems to be solved in a classroom (the test lasts 3 and a half hours) or online if the Covid-19 emergency will continue after the 1st period.
The written test will be passed if the resultant vote will be greater than or equal to 17. In this case, the student can take the oral exam, which must be carried out in the same exam session, unless proven impediments.
The oral test consists of an interview between the candidate and the lecturer on all the topics covered in the course and on the laboratory experiences. During the oral test the candidate could be requested to also solve written problems/exercises in front of the lecturer.
The oral test will have a negative outcome if the candidate repeatedly demonstrates an inability to express him/herself in a clear manner using the correct terminology, or if the candidate shows the inability to relate theoretical concepts with their practical applications. Failure to pass the oral exam requires having to take the written test again.
If the oral test will have a positive outcome, the final vote will be evaluated as follows: 2/3 vote of the written test plus 1/3 vote of the oral exam, rounded up.
Nessun altro riferimento web oltre alla pagina web su E-learning
No additional web pages
Il corso è interamente svolto nel primo periodo.
Le slide relative alle lezioni, le tabelle dei dati termodinami e dei potenziali standard di riduzione, assieme ai test scritti degli esami precedenti con le relative soluzioni sono disponibili sulla piattaforma E-learning del corso, accessibile con le credenziali di Ateneo.
The course is entirely carried out in the first period.
The slides related to the lessons, the tables of the thermodynamic data and potential reduction standards, and some of the written tests of the previous exam sessions with the related solutions are available on the E-learning platform of the course, accessible with the University credentials.
