CdSSCIENZE NATURALI ED AMBIENTALI
Codice263CC
CFU6
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| CHIMICA GENERALE | CHIM/03 | LEZIONI | 48 |
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Lo studente avrà acquisito conoscenze sui principi fondamentali della chimica generale, necessarie per la comprensione della struttura e delle proprietà dei composti chimici di maggior interesse, nonché dei fenomeni chimici (reazioni chimiche, equilibri chimici, pH, proprietà colligative). Nel corso sono incluse esercitazioni di stechiometria a completamento e integrazione dei concetti appresi dallo studente nella parte teorica del corso.
The student will have acquired knowledge on the fundamental principles of general chemistry, necessary for the understanding of the structure and properties of chemical compounds of major interest, as well as chemical phenomena (chemical reactions, chemical equilibria, pH, colligative properties). The course includes stoichiometry exercises to complete and integrate the concepts learned by the student in the theoretical part of the course.
Durante la discussione in aula e in sede d’esame orale sarà verificata la conoscenza della materia, con una particolare attenzione sulla capacità di sapersi orientare nel quadro teorico e pratico dei principi chimici di base. Lo studente dovrà dimostrare le sue conoscenze attraverso un linguaggio appropriato, maturando uno sguardo critico sui temi trattati durante il corso.
During debates in the classroom and during the oral exam, the student’s knowledge of the subject will be verified, with particular attention to the ability to apply the theoretical and practical framework of basic chemistry. The student will have to demonstrate her/his knowledge using appropriate language, having gained a critical understanding of the topics covered during the course.
Alla fine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze di base di chimica generale utili ad affrontare i corsi successivi che necessitano di tali nozioni.
At the end of the course, the student will acquire the basic knowledge of the general chemistry to deal with the study of other chemistry subjects/courses.
Sarà possibile accertarsi dell'acquisizione delle capacità sopracitate tramite la modalità interattiva di svolgimento delle lezioni frontali e mediante brevi esercitazioni scritte per verificare il grado di apprendimento raggiunto sui singoli argomenti.
It will be possible to assess the acquisition of the skills during interactive frontal lessons and through short written exercises to check the degree of learning achieved on the single topics.
Lo studente dovrà studiare costantemente gli argomenti oggetto delle lezioni. In caso di dubbi è consigliato presentarsi al ricevimento del docente. Complessivamente lo studente maturerà una postura critica rispetto alle problematiche relative ai temi trattati nel corso. A tal fine, sarà incoraggiato a illustrare le proprie opinioni personali e discutere in modo argomentato le sue deduzioni.
Students should study during the course. If necessary, professor will be available to clarify issues or discuss problems. Overall, The student will develop an awareness of the problems relating to arguments of the course. To this end, s/he will be able to form personal opinions and discuss her/his deductions in a reasoned way.
Durante le esercitazioni saranno valutati il grado di comprensione, accuratezza e precisione degli scritti svolti.
The degree of understanding, accuracy and precision of the written papers will be evaluated during hours of practice.
Lo studente è invitato a verificare l'esistenza di eventuali propedeuticità consultando il Regolamento del Corso di studi relativo al proprio anno di immatricolazione. Un esame sostenuto in violazione delle regole di propedeuticità è nullo (Regolamento didattico d'Ateneo, art. 24, comma 3.
The Student is invited to verify the existence of any prerequisites by consulting the Regulations of the Study Program relating to their year of enrolment. An exam taken in violation of the preparatory rules is void (University teaching regulations, art. 24, paragraph 3.
La frequenza contemporanea ai corsi di matematica e fisica è raccomandata.
Parallel attendance to courses of math and physics is recommended.
La frequenza al corso è fortemente consigliata prima dell'inizio dei corsi del semestre successivo. Gli argomenti trattati sono fondamentali per gli altri corsi di chimica.
The course is strongly recommended before starting the attendance of the next semester courses. Many of the topics covered in the present course are fundamental for the other chemistry courses in the curriculum.
Le lezioni frontali verranno svolte con l'ausilio di slides. Le slides di tutte le lezioni saranno messe a disposizione degli studenti sul portale e-learning. La lingua del corso sarà l'italiano. Durante il corso verranno proposti agli studenti esercizi sugli argomenti oggetto delle lezioni teoriche. Tali esercizi verranno svolti sotto la guida del del docente con la partecipazione degli studenti. Inoltre, per favorire e supportare lo studente nella preparazione all'esame, verranno proposte simulazione di esame da svolgere in aula.
The frontal lessons will be carried out with the help of slides. The slides of all the lessons will be available to students on the e-learning portal. The language of the course will be Italian. During the course students will be offered exercises on the topics covered by the theoretical lessons. These exercises will be carried out under the guidance of the teacher with the participation of the students. Furthermore, to encourage and support the student in preparing for the exam, exam simulations will be proposed to be carried out in the classroom.
La Chimica e l’evoluzione. Le leggi fondamentali della chimica. Conservazione della massa e rapporti ponderali nelle reazioni chimiche. Classificazione della materia: elementi, sostanze pure, atomi, molecole, ioni, composti. Teoria atomica di Dalton. Principio di Avogadro e concetto di mole Il modello nucleare dell’atomo. Particelle subatomiche. Numero atomico e di massa, gli isotopi, l’unità di massa atomica, pesi atomici e molecolari. La composizione percentuale di una sostanza. La formula minima. La formula molecolare. Percentuale degli elementi presenti nei composti.
Nomenclatura Chimica.
Equazioni chimiche. Bilanciamento delle equazioni chimiche. Numero di ossidazione. Equazioni di ossidoriduzione. Calcoli stechiometrici.
La teoria atomica e la meccanica quantistica – Le caratteristiche della radiazione elettromagnetica. La teoria quantistica di Planck ed effetto fotoelettrico. Gli spettri atomici. Il modello atomico di Bohr per l’atomo di idrogeno. l dualismo onda-particella della materia. La funzione d’onda e la sua interpretazione.
Numeri quantici, livelli energetici e orbitali atomici. Lo spin dell’elettrone. Riempimento degli orbitali. Principio di esclusione di Pauli. Principio di Aufbau. Orbitali degeneri; regola di Hund. Energie relative degli orbitali. Struttura elettronica degli atomi.
La struttura elettronica e la tavola periodica. Variazioni delle proprietà chimico fisiche lungo i periodi e lungo i gruppi: dimensioni atomiche, energia di ionizzazione e affinità elettroniche. Le proprietà generali degli elementi.
Concetto generale di legame chimico. Energia di legame. Teoria di Lewis del legame; regola dell'ottetto. Rappresentazione delle strutture delle molecole mediante la simbologia di Lewis.
Legame ionico. Proprietà generali dei composti ionici.
Legame covalente. Regola dell'ottetto; doppietti di legame e doppietti liberi; covalenza comune e carica formale. Legami multipli. Ordine di legame. Polarità del legame. Elettronegatività. Calcolo del numero di ossidazione; carica parziale effettiva. Raggio covalente. Angolo di legame. Angolo di legame e polarità della molecola.
Costruzione di strutture di Lewis a partire da formule molecolari. Ibridi di risonanza; strutture di risonanza.
Forma e geometria delle molecole. Teoria VSEPR.
Teoria del legame di valenza. Orbitali ibridi sp, sp2, sp3. Legami sigma e legami pi greco. Cenni alla Teoria degli orbitali molecolari. Il legame metallico.
Gli stati di aggregazione della materia: interazioni intramolecolari e intermolecolari. Interazioni dipolari, legame ad idrogeno, forze di Van der Waals.
Lo stato gassoso. Concetto di pressione e temperatura. Leggi empiriche dei gas: legge di Boyle; legge di Charles; legge di Guy-Lussac. L’equazione di stato del gas ideale. Miscele di gas e legge di Dalton: definizione di pressioni parziali e frazione molare.
Termodinamica e termochimica – Sistema e ambiente. Il primo principio della termodinamica. Entalpia. Reazioni esotermiche ed endotermiche. La legge di Hess. Il secondo ed il terzo principio della termodinamica. L’entropia. Energia libera di Gibbs e spontaneità di una reazione.
Cinetica Chimica – Concetto di Velocità di una reazione e ordine di reazione. Equazione di Arrhenius e concetto di energia di attivazione.
L'equilibrio chimico. Natura dinamica dell’equilibrio. Legge di azione di massa. Equilibri in fase gassosa, equilibri eterogenei. Fattori che influenzano l’equilibrio: il principio di Le Chatelier.
Le soluzioni. Concentrazione di una soluzione. La legge di Raoult. Le proprietà colligative: abbassamento della tensione di vapore; innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico; pressione osmotica. Effetto della dissociazione dei soluti sulle proprietà colligative.
Equilibri in soluzione. Soluzioni acquose e elettroliti. L'equilibrio di dissociazione
dell'acqua. Gli acidi e le basi: definizioni di Arrehnius, di Bronsted-Lowry e di Lewis. Acidi e basi forti e deboli. Relazione tra forza di un acido e di una base e sua struttura molecolare. Reazioni di neutralizzazione acido-base. La scala del pH. Calcolo del pH. Il pH di soluzioni saline. Le soluzioni tampone. Le titolazioni acido base. Gli indicatori acido base. Acidi e basi poliprotici.
Equilibri di solubilità – Sali poco solubili e equilibri eterogenei. Definizione di solubilità e prodotto di solubilità (Kps). Fattori che influenzano la solubilità. L’effetto dello ione comune. Prevedere la precipitazione. La precipitazione selettiva.
Elettrochimica - Convenzione sulle semireazioni redox. Lavoro elettrico e celle galvaniche. Elettrodo standard a idrogeno. Scala dei potenziali standard di riduzione. Equazione di Nernst.
Chemistry and evolution. The fundamental laws of chemistry. Mass conservation law in chemical reactions. Classification of matter: elements, pure substances, atoms, molecules, ions, compounds. Dalton's atomic theory. Avogadro's principle and concept of mole The nuclear model of the atom. Subatomic particles. Atomic and mass numbers, isotopes, atomic mass units, atomic and molecular weights. The percentage composition of a substance. The minimum formula. The molecular formula. Percentage of the elements present in the compounds.
Chemical Nomenclature.
Chemical equations. Balancing of chemical equations. Oxidation number. Oxidation-reduction equations. Stoichiometric calculations.
Atomic theory and quantum mechanics - The characteristics of electromagnetic radiation. The quantum theory of Planck and photoelectric effect. The atomic spectra. Bohr's atomic model for the hydrogen atom. the wave-particle duality of matter. The wave function and its interpretation.
Quantum numbers, energy levels and atomic orbitals. The electron spin. Filling of orbitals. Pauli exclusion principle. Aufbau principle. Degenerative orbitals; Hund's rule. Relative energy of the orbitals. Electronic structure of atoms.
The electronic structure and the periodic table. Variations of chemical-physical properties along the periods and along the groups: atomic dimensions, ionization energy and electronic affinities. The general properties of the elements.
General concept of chemical bonding. Bonding energy. Lewis theory of the bond; rule of the octet. Representation of molecular structures using Lewis symbology.
Ionic bond. General properties of ionic compounds.
Covalent bond. Rule of the octet; tie doublets and free doublets; common covalence and formal charge. Multiple bonds. Bond order. Polarity of the bond. Electronegativity. Calculation of the oxidation number; actual partial charge. Covalent radius. Bonding angle. Bond angle and polarity of the molecule.
Construction of Lewis structures from molecular formulas. Resonance hybrids; resonance structures.
Geometry of molecules: VSEPR theory.
Valence bond theory. Hybrid orbitals sp, sp2, sp3. Sigma bonds and pi links. Outline of Molecular Orbital Theory. The metallic bond.
The states of aggregation of matter: intramolecular and intermolecular interactions. Dipolar interactions, hydrogen bonding, Van der Waals forces.
The gaseous state. Pressure and temperature concept. Empirical laws of gases: Boyle's law; law of Charles; law of Guy-Lussac. The equation of state of the ideal gas. Gas mixtures and Dalton's law: definition of partial pressures and mole fraction.
Thermodynamics and thermochemistry - System and environment. The first principle of thermodynamics. Enthalpy. Exothermic and endothermic reactions. The law of Hess. The second and third principles of thermodynamics. Entropy. Gibbs free energy and spontaneity of a reaction.
Chemical Kinetics - Concept of speed of a reaction and order of reaction. Arrhenius equation and activation energy concept.
The chemical balance. Dynamic nature of balance. Law of mass action. Equilibria in the gas phase, heterogeneous equilibria. Factors influencing balance: the Le Chatelier principle.
The solutions. Concentration of a solution. Raoult's law. Colligative properties: lowering of the vapor pressure; ebullioscopic elevation and cryoscopic lowering; osmotic pressure. Effect of dissociation of solutes on colligative properties.
Equilibria in solution. Aqueous solutions and electrolytes. The dissociation balance
water. Acids and bases: definitions of Arrehnius, Bronsted-Lowry and Lewis. Strong and weak acids and bases. Relationship between the strength of an acid and a base and its molecular structure. Acid-base neutralization reactions. The pH scale. PH calculation. The pH of saline solutions. Buffer solutions. Acid base titrations. The acid base indicators. Polyprotic acids and bases.
Solubility equilibria - Low soluble salts and heterogeneous equilibria. Definition of solubility and solubility product (Kps). Factors that influence solubility. The effect of the common ion. Predict precipitation. Selective precipitation.
Electrochemistry - Convention on redox reactions. Electrical work and galvanic cells. Standard hydrogen electrode. Scale of standard reduction potentials. Nernst equation.
Teoria
-Peter Atkins, Loretta Jones, Leroy Laverman: Fondamenti di Chimica, quarta edizione italiana, Zanichelli.
Testo esercizi
- Giannoccaro-Doronzo: Elementi di Stechiometria, Edises Editore
Theory
-Peter Atkins, Loretta Jones, Leroy Laverman: Fondamenti di Chimica, quarta edizione italiana, Zanichelli.
Exercises
- Giannoccaro-Doronzo: Elementi di Stechiometria, Edises Editore
Gli studenti non frequentanti sono pregati di contattare il docente per ulteriori informazioni su libri di testo, materiale didattico integrativo e calendario degli esami.
Le modalità degli esami sono identiche per frequentanti e non frequentanti.
Non-attending students are requested to contact the teacher for further information about the textbooks, supplemental teaching material and calendar of exams.
The modalities of exams are identical for attending and non-attending students.
L'esame è composto da una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta consiste nella risoluzione di 5-8 problemi, sviluppati su più quesiti, sulle varie parti del programma, e la cui soluzione deve essere fornita in forma dimostrativa. La durata della prova è di 2 ore.
La prova orale, verrà sostenuta in un giorno differente rispetto la prova scritta, e consiste in un colloquio che prevede tipicamente tre domande, volte a verificare la conoscenza dei risultati illustrati nel corso delle lezioni e delle loro dimostrazioni, dei concetti e delle definizioni principali, e la padronanza di tali concetti attraverso esempi illustrativi.
The examination consists of a written part and an oral part. The written exam consists in solving 5-8 problems, comprising multiple questions, on the various parts of the syllabus, the solution of which must be provided with complete proofs. The time duration of the exam is 2 hours.
The oral examination, it will be carried out on a different day than the written test, and consists of an interview, typically involving three questions, designed to test knowledge of the results illustrated in the course of the lectures and their proofs, the main concepts and definitions, and the mastery of these concepts by means of illustrative examples.
Non sono previsti tirocini.
Internships are not available.
Per ulteriori informazioni contattare il docente via email: diego.lamendola@unipi.it
For further information contact the teacher by email: diego.lamendola@unipi.it
Commissione di esame:
Presidente: Prof. Diego La Mendola
Membri: Prof. Tiziano Marzo; Dr. Lorenzo Chiaverini
Presidente supplente Prof. Tiziano Marzo
Membri supplent: Dr. Alessandro Pratesi; Dr. Damiano Cirri
Examination commission:
Chairman: Prof. Diego La Mendola
Members: Prof. Tiziano Marzo; Dr. Lorenzo Chiaverini
Alternate Chairman: Prof. Tiziano Marzo
Membri supplent: Dr. Alessandro Pratesi; Dr. Damiano Cirri