ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| CHIMICA GENERALE E INORGANICA | CHIM/03 | LEZIONI | 78 |
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Il corso intende fornire agli studenti conoscenze nell'ambito dei fondamenti della chimica con particolare riguardo a teorie e modelli che consentano di interpretare e/o prevedere le proprietà fisiche e chimiche della materia (atomi e ioni monoatomici, molecole e ioni poliatomici, sostanze pure) ed il comportameto di sistemi complessi (sistemi omogenei ed eterogenei, trattamento di equilibri in soluzione).
The course aims to provide students with knowledge of fundamentals of chemistry with particular regard to theories and models for interpretation and prediction of the physical and chemical properties of matter (atoms and monoatomic ions, molecules and polyatomic ions, pure substances) and the behavior of complex systems (homogeneous and heterogeneous systems, treatment of equilibria in solution).
Durante le lezioni e le esercitazioni in aula gli studenti saranno invitati a discutere i temi trattati e a risolvere esercizi numerici. Inoltre, le esercitazioni permetteranno agli studenti di verificare nella pratica il livello di apprendimento maturato.
During lectures and classroom exercises, students will be invited to discuss the topics covered and to solve numerical exercises. Furthermore, the exercises will allow students to verify in practice the level of learning achieved.
Gli studenti che supereranno con successo il corso saranno in grado di, distinguere tra leproprietà chimiche e fisiche della materia, descrivere le proprietà periodiche dei singoli elementi, scivere la configurazione elettronica degli atomi e rappresentare i colmposti chimici secondo la struttura di Lewis, bilanciare reazioni chimiche, usare la legge dei gas ideali per calcolare per prevedere le caratteristiche dei gas, impostare e risolvere correttamente calcoli stechiometrici per il trattamento analitico di equilibri in soluzione.
Le esercitazioni in aula intendono migliorare la capacità dello studente risolvere calcoli matematici con il corretto numero di cifre significative, e impostare e risolvere calcoli stechiometrici alla base delle comuni procedure di laboratorio.
Inoltre, saranno fornite nozioni per svolgere correttamente misure di massa e di volume, e per preparare soluzioni a titolo noto.
Upon successful completion of this course, the student will be able to distinguish between the physical and chemical properties of matter, describe the periodic propetries of elements, identify electron configurations of athoms and draw Lewis structures for molecules, balance chemical reactions, use the Ideal Gas Law to calculate properties of gases, correctly set and solve stoichiometric calculations for the analytical treatment of equilibria in solution.
The classroom exercises aim to improve the student's ability to correctly perform mathematical operations involving significant figures, set and solve stechimetric calculations at the basis of common laboratory procedures,
Moreover, notions will be provided to correctly carry out mass and volume measurements and preparation of solutions with a known titre.
Durante le esercitazioni in aula gli studenti saranno invitati a risolvere esercizi numerici relativi agli argomenti trattati.
During the classroom exercises, students will be invited to solve numerical exercises related to the topics covered.
Gli studenti saranno sensibilizzati verso i seguenti argomenti:
- attenzione alle problematiche inerenti la sicurezza nella manipolazione di reagenti chimici;
- organizzazione di una attività sperimentale per migliorare precisione ed accuratezza dei dati raccolti.
Students will be sensitized towards the following topics:
- attention to the problems inherent to the safety in the handling of chemical reagents;
- organization of experimental activity to improve precision and accuracy of the data collected.
Durante le attività in aula sarà valutato l’impegno e l’attenzione degli studenti verso le attività svolte.
During classroom activities, students' commitment and attention to the activities carried out will be assessed.
Per una migliore fruizione delle lezioni frontali, lo studente deve essere in grado di impostare e risovere semplici calcoli matematici. Inoltre lo studente deve essere in grado di utilizzare, anche a livello elementare, fogli elettronici o analoghi software di calcolo.
For a better use of the lectures, the student must be able to set up and solve simple mathematical calculations. Furthermore, the student must be able to use spreadsheets or similar calculation software, even at an elementary level.
Durante le lezioni frontali (in presenza o on-line) gli argomenti saranno trattati anche mediante l’ausilio di slide e di materiale didattico scaricabile in formato elettronico dalle piattaforme MOODLE e Microsoft TEAMS.
Per chiarimenti sugli argomenti trattati, il docente è a disposizione degli studenti con ricevimenti. Qualora studenti stranieri lo desiderassero, il docente è disponibile per ricevimenti in lingua inglese.
During the lectures (face-to-face or online) the topics will also be treated with the aid of slides and educational material that can be downloaded in electronic format from the MOODLE or Microsoft TEAMS platforms.
For clarifications on the topics covered, the teacher is available to students with receptions. If foreign students so wish, the teacher is available for receptions in English.
Il processo di misura nella sperimentazione scientifica. Unità di misura nel sistema internazionale.
Attrezzaturee e procedure sperimentali per la determinazione di massa e volume di un corpo.
Modelli atomici: Thomson, Rutherford, Bohr. Tavola periodica e simboli degli elementi. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Quantizzazione dell’energia: effetto fotoelettrico, spettro di emissione dell’atomo di idrogeno. Natura ondulatoria e corpuscolare degli elettroni. Principio di indeterminazione. Definizione di orbitale. Numeri quantici e livelli energetici. Orbitali atomici di tipo s, p e d. Configurazioni elettroniche. Energia di prima ionizzazione, affinità elettronica. Elettronegatività.
Legame covalente. Teoria del legame di valenza (VB). Formule di Lewis. Risonanza. Legami sigma e pi-greco. Ibridazioni e geometria molecolare secondo VSEPR. Teoria dell’orbitale molecolare (MO).
Legame ionico. Proprietà dei solidi ionici. Legame metallico. Proprietà dei metalli. Teoria delle bande. Propietà elettriche di metalli e semiconduttori.
Stati di aggregazione della materia. Diagrammi di stato e passaggi di stato. Interazioni intermolecolari. Legame idrogeno. Lo stato gassoso. Equazione di stato dei gas ideali. Legge di Dalton delle pressioni parziali. Lo stato liquido.
Evaporazione, tensione di vapore, ebollizione. Diagrammi di stato di composti puri. Regola delle fasi di Gibbs. Diagrammi di stato di miscele a due componenenti. Il processo di distillazione. Distillazione semplice, frazionata, in corrente di vapore.
Lo stato solido. Solidi molecolari, ionici, covalenti, e metallici. Solidi amorfi e cristallini.
Definizioni di soluzione, solvente, soluto, concentrazione. Elettroliti. Proprietà colligative delle soluzioni.
Formule chimiche e composizione elementare. Nomenclatura. Definizione di mole. Bilanciamento di equazioni chimiche. Reagente limitante e resa di reazione.
Equilibrio chimico. Attività e costanti di equilibrio. Principio di Le Chatelier. Equilibri in fase gassosa e in fase eterogenea. Prodotto di solubilità. Criteri di solubilità e precipitazione. Autoionizzazione dell’acqua. Definizioni di acido e base: definizioni di Arrhenius, Brönsted, Lewis. Acidità di ioni metallici e implicazioni in natura. Definizione di pH. Soluzioni tampone. Titolazioni acido forte-base forte e indicatori.
Introduzione alla termodinamica. Primo principio della termodinamica. Processi elettrochimici. Trasformazione di energia chimica in energia elettrica. Potenziali standard di riduzione. L’equazione di Nernst.
Cinetica chimica. Energia di attivazione, equazione di Arrhenius. Relazione tra meccanismi di reazione ed equazione cinetica. Catalizzatori: principi ed esempi.
The measurement process in scientific experimentation. Unit of measurement in the international system.
Experimental equipment and procedures for the determination of mass and volume of a body.
Atomic models: Thomson, Rutherford, Bohr. Periodic table and symbols of the elements. Atomic number, mass number, isotopes. Quantization of energy: photoelectric effect, emission spectrum of the hydrogen atom. Wave and corpuscular nature of electrons. Uncertainty principle. Definition of orbital. Quantum numbers and energy levels. Atomic orbitals of type s, p and d. Electronic configurations. First ionization energy, electron affinity. Electronegativity.
Covalent bond. Valence bond theory (VB). Lewis formulas. Resonance. Sigma and pi bonds. Hybridizations and molecular geometry according to VSEPR. Molecular orbital theory (MO).
Ionic bond. Properties of ionic solids. Metallic bond. Properties of metals. Band theory. Electrical properties of metals and semiconductors.
States of aggregation of matter. State diagrams and state changes. Intermolecular interactions. Hydrogen bond. The gaseous state. Equation of state of ideal gases. Dalton's law of partial pressures. The liquid state.
Evaporation, vapor pressure, boiling.
State diagrams of pure compounds. Gibbs' phase rule. State diagrams of two-component mixtures. The distillation process. Simple, fractional distillation, steam distillation.
The solid state. Molecular, ionic, covalent, and metallic solids. Amorphous and crystalline solids.
Definitions of solution, solvent, solute, concentration. Electrolytes. Colligative properties of solutions.
Chemical formulas and elemental composition. Nomenclature. Definition of mole. Balancing of chemical equations. Limiting reagent and reaction yield.
Chemical equilibrium. Activity and constants of equilibrium. Le Chatelier's principle. Equilibria in the gas phase and in the heterogeneous phase. Solubility product. Solubility and precipitation criteria. Self ionization of water. Definitions of acid and base: definitions of Arrhenius, Brönsted, Lewis. Acidity of metal ions and implications in nature. Definition of pH. Buffer solutions. Strong acid-strong base titrations and indicators.
Introduction to thermodynamics. First law of thermodynamics. Electrochemical processes. Transformation of chemical energy into electrical energy. Standard reduction potentials. The Nernst equation.
Chemical kinetics. Activation energy, Arrhenius equation. Relationship between reaction mechanisms and kinetic equation. Catalysts: principles and examples.
Dalla pagina Moodle del corso è possibile scaricare il materiale didattico presentato ed utilizzato durante le lezioni frontali nonché i testi degli esercizi proposti durante le esercitazioni.
From the Moodle page of the course it is possible to download the didactic material presented and used during the lectures as well as the texts of the exercises proposed during the exercises.
L'esame finale consiste in una prova scritta ed una prova orale che avranno come oggetto più argomenti trattati nella parte teorica del corso.
La prova scritta consiste in un insieme di domande a risposta aperta che con la risoluzione di esercizi numerici.
La prova orale consiste in un colloquio della durata di 30 – 45 sugli argomenti nelle lezioni frontali. La valutazione finale sarà fatta sulla base dei seguenti criteri:
- conoscenza degli argomenti oggetto del corso e competenza nell’utilizzo delle conoscenze acquisite;
- chiarezza, proprietà di linguaggio nell’esposizione e capacità di sintesi.
The final exam consists of a written test and an oral test which will have as their object several topics covered in the theoretical part of the course.
The written test consists of a set of open-ended questions and solving numerical exercises.
The oral exam consists of a 30 - 45 minutes interview on the topics in the lectures. The final evaluation will be made on the basis of the following criteria:
- knowledge of the topics covered by the course and competence in the use of acquired knowledge;
- clarity, properties of language in the presentation and ability to synthesize.
