Obiettivi Formativi

Obiettivo del corso è quello di: - far acquisire agli studenti un’adeguata conoscenza e comprensione dei fondamenti chimici delle tecnologie che stanno alla base delle realtà applicative dell’ingegneria; - far acquisire agli studenti adeguati metodi di studio, di descrizione e di indagine scientifica; - far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le nozioni teoriche per impostare, analizzare e risolvere problemi teorici anche complessi. Tali obiettivi saranno realizzati attraverso l’interpretazione e bilanciamento stechiometrico di reazioni chimiche; lo studio delle proprietà chimiche elementari di liquidi, gas e soluzioni; l’interpretazione e calcolo di fenomeni energetici relativi a sistemi chimici; l’acquisizione delle conoscenze basilari della cinetica chimici. Interpretazione e bilanciamento stechiometrico di reazioni chimiche. Proprietà chimiche elementari di liquidi, gas e soluzioni. Interpretazione e calcolo di fenomeni energetici relativi a sistemi chimici. Conoscenze basilari della cinetica chimica. In generale è tra gli obiettivi del corso quello di: - far acquisire agli studenti un’adeguata conoscenza e comprensione dei fondamenti chimici delle tecnologie che stanno alla alla base delle realtà applicative dell’ingegneria; - far acquisire agli studenti adeguati metodi di studio, di descrizione e di indagine scientifica; - far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le nozioni teoriche per impostare, analizzare e risolvere problemi teorici anche complessi.

Learning Goals

The course aims at providing the necessary background for the interpretation of chemical phenomena related to engineering applicatios such as the understanding of the structure and properties of molecules and crystalline solids, and the comprehension and handling of energetic phenomena concerning chemical and electrochemical systems.

Metodi didattici

Lezione orale frontale ed esercitazioni con applicazioni a problemi tipici dell'ingegneria industriale

Teaching Methods

Oral lessons and exercises with applications to problems for industrial engineering.

Prerequisiti

Per seguire con profitto il corso sono necessarie le nozioni di base relative alle leggi generali della chimica, alla simbologia di elementi e composti, alla più semplice nomenclatura inorganica ed organica, al bilanciamento delle reazioni elementari ed alla stechiometria.

Prerequisites

To make profit of the course it is required to master the basic notions of general chemistry, the symbols of elements and compounds, the simplest nomenclature both organic and inorganic, the balancing of elementary stoichiometric reactions.

Verifiche dell'apprendimento

Verifiche in itinere con quiz a risposta multipla e/o orale in corso di svolgimento dell'attivita' frontale. Esame orale finale con valutazione delle verifiche in itinere e di esercizi scritti

Assessment

Test in progress with multiple choice quizzes and / or oral during the lesson period. Final oral examination also with evaluation of ongoing tests and written exercises

Programma del Corso

L’ATOMO Origine ed evoluzione della teoria atomica. Le strutture elettroniche degli atomi e classificazione periodica degli elementi. Le proprietà periodiche degli elementi: Numero atomico, Numero di massa, Raggio atomico, Potenziale di ionizzazione, Affinità elettronica. IL LEGAME CHIMICO Regola dell’ottetto. Formule di Lewis. Legame ionico. Legame covalente. Legame covalente omeopolare. Legame covalente eteropolare. Cenni sulla teoria dell’orbitale molecolare. Ibridizzazione. Risonanza. Orbitali delocalizzati. Legame metallico. Forze di interazione intra ed intermolecolari. Legame ad idrogeno. Elettronegatività dei legami. NOMENCLATURA Valenza e numero di ossidazione. Tipologia e nomenclatura dei principali composti chimici. Formula minima, formula bruta, formula di struttura. REAZIONI CHIMICHE Impostazione delle reazioni chimiche. Reazioni acido-base. Ossidanti e riducenti. Reazioni di ossidoriduzione. Dismutazioni. Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche. Mole e peso atomico. Peso equivalenti e numero di equivalenti. STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA I gas ideali. La legge di Boyle. La legge di Charles. La legge di Gay Lussac. L’equazione generale dei gas ideali. La legge di Avogadro. Pressioni parziali. Legge di Dalton. Determinazione del peso molecolare di sostanze gassose e di sostanze gassificabili. Distribuzione delle velocità molecolari nei gas. I gas reali. L’equazione di Van der Waals. Dissociazione termica, grado di dissociazione e sua determinazione. Proprietà fisiche dei liquidi. Processo di evaporazione. Tensione di vapore. Temperatura critica e diagramma di Andrews Solidi ionici. Solidi covalenti. Solidi molecolari. SOLUZIONI Solubilità. Concentrazione delle soluzioni. Definizione di elettrolita e non elettrolita. Soluzioni ideali. Legge di Rault. Soluzioni non ideali. Tensione di vapore di soluzioni contenenti soluti non volatili. Le proprietà colligative. Le proprietà delle soluzioni utilizzate per la determinazione dei pesi molecolari dei soluti. TERMODINAMICA Calori di reazione e tonalità termica. Legge di Hess. Calori di formazione Applicazioni della legge di Hess. L’entropia. L’energia libera e spontaneità delle reazioni chimiche. L’EQUILIBRIO CHIMICO L’equilibrio nei sistemi gassosi. Effetto della concentrazione, effetto della pressione, effetto della temperatura sull’equilibrio. Grado di dissociazione e costante di equilibrio. ACIDI E BASI – EQUILIBRI IN SOLUZIONE Definizione di acido e base secondo la teoria di Arrhenius. Teoria di Bronsted. Acidi e basi di Lewis. Forza degli acidi e delle basi. Prodotto ionico dell’acqua. pH di una soluzione acquosa di acido o di base forte. pH di una soluzione di acido o di base debole. Idrolisi. Soluzioni tampone. Indicatori. Determinazione del pH di una soluzione mediante l’uso di indicatori. Prodotto di solubilità. CINETICA CHIMICA Velocità di reazione. Ordine di una reazione. Reazione del 1° ordine. Reazioni del 2° ordine. Variabili che influenzano la velocità di una reazione. La catalisi. Catalisi omogenea. La catalisi eterogenea. Processi fotochimici.

Course Syllabus

ATOM Constitution of the nucleus, structure of the hydrogen atom and atomic models (Bohr and quantum-mechanical). Quantum numbers, exclusion principle and Hundt rule Spatial form of s,p and d orbitals. Electronic configuration of the elements and periodicity in the chemical and physical properties Atomic radius, ionization energy and electron affinity Subdivision into metals, non-metals and semimetals. Basics on the main groups of the periodic table and some transition metals. THE CHEMICAL BOND. Bond: ionic, covalent, metallic. Intermolecular interactions. Covalent bond: single, double and triple. Molecular geometry, hybridisation and resonance (C a san example). Notes on the theory of molecular orbitals. NOMENCLATURE, FORMULAS AND STOICHIOMETRY Atomic and molecular mass, the mole, Avogadro's constant. Acid-base reactions and formation of salts.Oxidation state and balancing of redox reactions. Mass relationships in a chemical reaction, limiting reagent. Combustion reactions GASEOUS STATE Ideal gas laws. State equation of ideal gases. Equilibrium distribution of kinetic energies in an ideal gas (Boltzmann). Liquefaction of a gas. LIQUID STATE Vapour pressure of pure liquids. Solutions: ways to express concentration. Dissociation and ionization degree. Colligate properties of solutions, both electrolytic and non. Definition of acid and base according to Arrhenius, Brønsted and Lewis. Ostwald dilution law. Ionic product of water, pH and pOH. CHEMICAL EQUILIBRIUM Mass action law. Equilibrium constant. Homogeneous and heterogeneous chemical equilibria. Le Chatelier principle and influence of the temperature on the equilibrium. CHEMICAL THERMODYNAMICS First, second and third Principle. Reaction enthalpy and Hess law. Change in entropy and free energy of a reaction. Spontaneity criterion. CHEMICAL KINETICS AND CATALYSIS Reaction rate and order. Arrhenius equation. Activation energy. Catalysis and catalysts.