Acquisizione da parte degli studenti di una buona padronanzadei concetti di base alla chimica che, pur non venendo approfonditi in corsi specifici, vengono utilizzati nel corso deglistudi applicativi.

Programma

Fondamenti della teoria atomica e molecolare.  Teoria atomica e leggi ponderali delle combinazioni chimiche.  Legge delle combinazioni gassose.  Principio di Avogadro.  Pesi molecolari e pesi atomici.  Regola di Cannizzaro.  Scala dei pesi atomici.  Numero di Avogadro.  Concetto di mole.

Struttura dell’atomo. Proprietà elettriche della materia.  Carica e massa dell'elettrone e del protone.  Modello atomico di Thomson.  Nucleo atomico.  Modello atomico di Rutherford. Cenni di spettroscopia. Teoria quantica dell'energia.  Modello atomico di Bohr.  Raggi X e numero atomico.  Isotopi e isobari.  Natura ondulatoria degli elettroni.  Principio di indeterminazione. La struttura dell'atomo secondo le teorie moderne.  Fun-zioni d'onda orbitali: forma ed energia.  Numeri quantici.  Atomi polielettronici.  Principio di aufbau.  Sistema periodico degli elementi. Proprietà periodiche.  Relazioni verticali, orizzontali, diagonali; dimensioni degli  atomi e degli ioni; potenziale di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegativi.

Legame chimico. Legame ionico.  Legame covalente.  Formule di struttura di Lewis.  Regola dell'ottetto; espansione dell'ottetto.  La molecola dell'idrogeno ionizzata.  Orbitali molecolari.  Molecole biatomiche omo- ed etero-nucleari secondo il metodo MO.  Metodo del legame di valenza.  Polarità del legami ed elettronegatività.  Risonanza ionico-covalente.  Ibridizzazione.  Repulsione di coppie elettroniche e geometria molecolare.  Descrizione del legami in alcune molecole poliatomiche semplici.  Legame nelle molecole organiche.  Forze intermolecolari: forze di Van der Waals, legame di idrogeno.  Metalli e loro caratteristiche.  Legame metallico.  Bande di valenza e di conduzione.  Isolanti.  Semiconduttori intrinseci.  Semiconduttori estrinseci.

Reazioni chimiche.  Numero di ossidazione.  Ossidi basici e acidi.  Idracidi e ossoacidi.  Idrossidi.  Sali.  Reazioni di neutralizzazione, di scambio e di doppio scambio.  Reazioni di ossido-riduzione.
Stato gassoso.  Considerazioni generali sullo stato gassoso.  Gas perfetto.  Legge di Boyle.  Leggi di Gay-Lussac.  Scala assoluta delle temperature.  Equazione di stato del gas perfetto e sue applicazioni.  Miscugli gassosi: legge di Dalton.  Cenni sulla teoria cinetica dei gas.  Distribuzione statistica delle velocità molecolari.  Legge di Graham.  Gas reali.  Equazioni di stato del gas reali.  Temperatura di Boyle.  Effetti termici nel processi di espansione e compressione.  Temperatura di inversione.

Stato solido.  Considerazioni generali sulla struttura dei solidi.  Solidi cristallini e solidi amorfi.  Reticoli e celle elementari. La simmetria nei cristalli.  Sistemi cristallografici.  Descrizione di alcuni reticoli cristallini.  Solidi ionici, molecolari, co-valenti e metallici.  Tipi di impacchettamento.  Energia di coesione del cristalli.  Polimorfismo ed isomorfismo.

Stato liquido.  Liquefazione del gas e stato critico.  Considerazioni generali sulla struttura dei liquidi.  Tensione di vapore dei liquidi e del solidi.  Temperature di ebollizione e di fusione.  Diagrammi di stato.  Regola delle fasi.  Diagramma di stato dell'acqua e dell'anidride carbonica.

Soluzioni. Concentrazione delle soluzioni: percentuale, frazione molare, molarità, normalità, molalità.  Soluzioni sature. Solubilità.  Tensione di vapore.  Legge di Raoult e deviazioni. Proprietà collegative delle soluzioni: abbassamento della tensione di vapore, innalzamento ebullioscopio, abbassamento crioscopico, pressione osmotica.

Elementi di termodinamica chimica.  Stati di equilibrio di un sistema.  Funzioni di stato.  Processi irreversibili e reversibili.  Primo principio della termodinamica.  Entalpia.  Termochimica. Leggi di Hess e relative applicazioni.  Entalpie di formazione. Degradazione dell'energia.  Secondo principio della termo-dinamica.  Entropia e probabilità termodinamica.  Terzo principio della termodinamica.  Entropia assoluta.  Energia libera.  Energia libera di formazione.  Calcolo della variazione di energia libera di una reazione chimica.

Equilibri chimici omogenei.  Concetto di equilibrio nelle reazioni chimiche.  Legge di azione di massa.  Costanti di equilibrio: Kp e Kc e loro interdipendenza.  Principio di Le Chatelier-Brown.  Energia libera e costante di equilibrio.  Potenziale chimico.  Effetto della temperatura sull'equilibrio chimico.  Esempi di equilibri di importanza industriale.

Equilibri tra le fasi.  Equilibri eterogenei.  Regola delle fasi. Sistemi ad un componente.  Trasformazioni polimorfe.  Solubilità del gas nel liquidi: legge di Henry.  Sistemi binari formati da liquidi miscibili in tutti i rapporti, distillazione frazionata, miscele azeotropiche.  Sistemi binari formati da liquidi immiscibili, distillazione in corrente di vapore.  Sistemi binari, binari sale-acqua.

Dissociazione elettrolitica e conducibilità ionica.  Dissociazione elettrolitica e formazione delle soluzioni elettrolitiche.  Elettrolisi e sue applicazioni.  Leggi di Faraday.  Conducibilità specifica e molare delle soluzioni elettrolitiche.  Influenza della concentrazione sulla conducibilità.  Mobilità degli ioni.  Legge della migrazione indipendente degli ioni.  Elettroliti deboli.  Elettroliti forti.  Attività e coefficiente di attività.

Forze elettromotrici.  Celle galvaniche.  Reversibilità delle celle galvaniche.  Elettrodi di la e di 2a specie.  Lavoro elettrico e lavoro chimico.  Potenziali di elettrodo.  Serie elettrochimica degli clementi e relative applicazioni chimiche.  Corrosione del ferro.  Pile a concentrazione.  Polarizzazione.  Sovratensione.  Pi-le di interesse tecnico: pile a secco, accumulatori, pile a combustibile.

Equilibri ionici.  Equilibri di solubilità.  La natura degli acidi e delle basi.  Teorie di Arrhenius e Broensted. ionizzazione dell'acqua, pH e sua determinazione.  Dissociazione di acidi e basi, forti e deboli, in soluzione acquosa.  Calcolo delle concentrazioni e del pH.  Dissociazione degli acidi poliprotici.  Idrolisi.  Relazione fra proprietà acido-basiche e struttura.  Generalizzazione del concetto di acido e di base secondo Lewis.  Indicatori di pH e loro applicazioni nelle titolazioni acidime-acidimetriche. Soluzioni tampone. Elettroliti anfoteri.

Cinetica chimica. Velocità di reazione. Equazioni cinetiche differenziali ed equazioni cinetiche integrate.  Molecolarità e ordine di reazione.  Reazioni del l° e del 2° ordine.  Determinazione sperimentale delle velocità specifiche di reazione.  Urti tripli.  Meccanismi di reazione.  Reazioni a catena.  Effetto delle radiazioni.  Influenza della temperatura sulla velocità di reazio-ne. Stato di transizione.  Catalizzatori.  Catalisi omogenea ed eterogenea.  Applicazioni catalitiche in processi industriali.

Chimica nucleare.  Il nucleo atomico.  Forze nucleari e sta-bilità del nuclei.  Decadimento radioattivo.  Radioattività natu-rale. Cinetica del decadimento radioattivo. Radioattività in-dotta da reazioni nucleari. Energia nucleare. Fissione nucleare.  Fusione nucleare.  Applicazioni della radioattività.
Applicazione dei fondamenti della chimica agli elementi della tavola periodica. Idrogeno: proprietà, preparazione, composti e usi. Proprietà generali, stato naturale, preparazione, principali composti e applicazioni dei metalli alcalini, alcalino-terrosi, terrosi (B,AI), degli elementi del IV (C,SI,Sn,Pb), V (N,P,As), VI (0,S) e VII gruppo (F,CI,Br,l). Metalli di transizione: generalità.  Stato naturale, preparazione (raffinazione), proprietà chimiche, principali composti di cromo, manganese, ferro (ghise e acciai), rame, argento, oro, zinco, mercurio.

Chimica organica.  Caratteristiche chimiche e fisiche degli idrocarburi alifatici: alcani, alcheni, alchini.  Idrocarburi aro-matici.  Petrolio.  Alcoli e fenoli.  Eteri.  Aldeldi e chetoni.  Acidi carbossilici e loro derivati (anidridi, esteri, ammidi, alogenuri). Ammine. Olii, grassi, saponi. Carboidrati.  Aminoacidi.

Esercitazioni

Leggi fondamentali della stechiometria.Equazioni chimiche di reazione, loro impostazione e bilancio.  Reazioni di ossido-riduzione.  Calcolo della formula di un composto.  Cal-colo dei rapporti ponderali e volumetrici nelle reazioni chimiche.  Leggi dei gas.  Proprietà collegative delle soluzioni.  Molarità e normalità.  Termochimica.  Equilibri chimici.  Equilibri ionici.

Modalità  d'esame

L'esame consta di una prova orale su argomenti del programma e della risoluzione di esercizi ad essi relativi.

Propedeuticità  consigliate

L'esame di chimica dovrebbe precedere ogni esame a contenuto chimico o applicativo.

M. NARDELLI: Introduzione alla Chimica moderna, C.E. Ambrosiana, 1987.
A.IMMIRZI: Chimica, Piccin Editore, 1986.
P. MICHELIN LAUSAROT e G.A. VAGLIO: Stechiometria. Guida alla soluzione di problemi di chimica, Piccin Edi-tore, 1988.
P. CORRADINI: Chimica Generale, C.E. Ambrosiana, 1794
C.E.MORTIMER: Introduzione alla chimica, Piccin Editore,1985.
P.SILVESTRONI: Fondamenti di chimica, Ed. Eredi  Veschi-Roma.
B.H. MAHAN: Chimica generale e inorganica con comple- menti di chimica organica e biochimica, C. E.  Ambrosiana.
DICKERSON, GRAY e HAIGHT: Principi di Chimica,  Editoriale Grasso.