Obiettivi Formativi

Il corso si propone di fornire competenze e conoscenze dei fondamenti chimici alla base dell'ingegneria, delle proprietà dei materiali, della correlazione tra microstruttura e proprietà chimico-fisico-meccaniche, e delle loro applicazioni nell’ingegneria. Il corso si propone inoltre di far acquisire agli studenti adeguati metodi di studio, di descrizione e di indagine scientifica e di usare in maniera appropriata i linguaggi tecnici, grafici e scientifici specifici della disciplina così da saper applicare in maniera autonoma le conoscenze acquisite per risolvere problemi di ingegneria utilizzando tecniche e strumenti adeguati.

Learning Goals

The course aims to provide skills and knowledge on the fundamentals of chemistry for engineers, on material properties, on the correlation between microstructure and chemical, physical and mechanical properties, on their applications in engineering fields. The course also aims to make students able to acquire appropriate study, description and scientific investigation methods and to use properly the technical, graphics and scientific languages of the specific discipline so that to apply independently their knowledge to solve engineering problems with suitable techniques and tools.

Metodi didattici

Lezione frontale ed esercitazioni aventi lo scopo di impostare, analizzare e risolvere problemi anche complessi

Teaching Methods

Lectures and exercises aimed at analyze and solve even complex problems

Prerequisiti

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.

Prerequisites

Basic knowdlege of general chemistry's laws, the symbols of elements and compounds, the simplest nomenclature both organic and inorganic, the balancing of elementary reactions

Verifiche dell'apprendimento

Verifiche in itinere (almeno due con valutazione in trentesimi) durante il corso con risoluzione di esercizi e quesiti in forma scritta; Esame finale che consiste in una prova scritta e una prova orale. Sono esonerati dalla prova scritta gli studenti che hanno ricevuto una valutazione media maggiore o uguale a 18/30 nelle verifiche in itinere

Assessment

Written audits (at least two with evaluation in thirtieths) during the course consisting in resolution of exercises and questions; Final examination consisting of a written test and an oral exam. Are exonerated from the written test students who have received an average rating greater than or equal to 18/30 in the written audits.

Programma del Corso

LA STRUTTURA DELL’ATOMO e SISTEMA PERIODICO : Evoluzione della teoria atomica. La struttura elettronica degli atomi e classificazione periodica degli elementi. Le proprietà periodiche degli elementi: Raggio atomico, Energia di ionizzazione, Affinità elettronica. Proprietà metalliche, non metalliche e semi metalliche degli elementi. IL LEGAME CHIMICO: Regola dell’ottetto. Legame covalente omeopolare e eteropolare. Elettronegatività. Strutture di Lewis. Eccezioni alla regola dell’ottetto. Ibridizzazione. Cenni sulla teoria dell’orbitale molecolare. Risonanza. Legame ionico. Legame metallico. Forze di interazione intra ed intermolecolari. Legame ad idrogeno. NUMERO DI OSSIDAZIONE, NOMENCLATURA:Numero di ossidazione. Tipologia e nomenclatura dei principali composti chimici. Formula minima, formula bruta, formula di struttura. REAZIONI CHIMICHE: Relazioni ponderali. Mole e peso atomico. Reazioni acido-base. Ossidanti e riducenti. Reazioni di ossidoriduzione. Peso equivalente 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 di stato dei gas. Miscele gassose:pressioni parziali. Legge di Dalton. Legge di Graham. I gas reali. L’equazione di Van der Waals. Stato liquido: proprietà fisiche dei liquidi. Tensione di vapore. Temperatura critica e diagramma di Andrews. Soluzioni. Solubilità. Concentrazione delle soluzioni. Definizione di elettrolita e non elettrolita. Soluzioni ideali. Legge di Rault per soluzioni ideali e reali. Le proprietà colligative. Solidi ionici. Solidi covalenti. Solidi molecolari. STRUTTURA E PROPRIETA’ MECCANICHE DEI MATERIALI Classificazione. Sistemi cristallini. Difetti nei cristalli. Proprietà meccaniche. DIAGRAMMI DI STATO Diagrammi di stato ad un componente. Diagrammi di stato binari: miscibilità completa, parziale e nulla allo stato solido. TERMOCHIMICA: Calori di reazione. Legge di Hess. Calori di formazione Applicazioni della legge di Hess. L’entropia. Interpretazione statistico-molecolare dell’entropia. L’energia libera e spontaneità delle reazioni chimiche. L’EQUILIBRIO CHIMICO: L’equilibrio nei sistemi gassosi. Effetto della concentrazione, della pressione e della temperatura sull’equilibrio. Grado di dissociazione e costante di equilibrio. Equilibrio nei sistemi eterogenei. EQUILIBRI IN SOLUZIONE : Equilibri acido-base. Prodotto ionico dell’acqua. Calcolo del pH di una soluzione acquosa di acido o di base forte, acido o di base debole. pH di acidi poliprotici. Idrolisi. Calcolo del pH di idrolisi. Soluzioni tampone. Prodotto di solubilità. TECNOLOGIA DELL’ACQUA Trattamenti delle acque. Durezza e sua eliminazione. Demineralizzazione. Distillazione. CINETICA CHIMICA: Velocità di reazione. Ordine di una reazione. Equazione cinetica. Legge di Arrhenius, Energia di attivazione, Catalisi e catalizzatori. ELETTROCHIMICA ED ELETTROLISI: Elettrodi e pile. Equazione di Nernst. Misura della f.e.m. di una pila. L’elettrolisi. Sovratensione. Le leggi di Faraday. Elettrolisi dell’acqua. Elettrolisi dei sali fusi. Elettrolisi di NaCl. Raffinazione elettrolitica del rame. Accumulatori. CORROSIONE DEI MATERIALI METALLICI. Diagrammi di Pourbaix. Relazioni di Tafel. Diagrammi di Evans. Tipologie di corrosione. Protezione contro la corrosione. LEGANTI AEREI E IDRAULICI Sviluppo storico. Leganti aerei. Calci idrauliche. Cemento Portland: produzione, idratazione. Cemento pozzolanico e d’altoforno. Prove ed analisi sui cementi. Degrado. ACCIAI E GHISE :produzione e proprietà meccaniche. Trattamenti termici degli acciai. CERAMICI E VETRI Struttura e produzione, laterizi e ceramici tradizionali, principali tipi di vetro POLIMERI Classificazione e proprietà dei polimeri. Cenni sulla polimerizzazione

Course Syllabus

ATOMIC STRUCTURE AND PERIODIC SYSTEM : Evolution of the atomic theory. The electronic structure of atoms and the periodic classification of the elements. Periodic properties of the elements: atomic radius, ionization energy, electronic affinity, metallic properties, non-metallic and semi-metallic elements. THE CHEMICAL BOND :Octet rule. Covalent bond. Electronegativity. Lewis structures. Exceptions to the octet rule. Hybridization. Notes on molecular orbital theory. Resonance. Ionic bond. Metallic bond. Intra- and intermolecular interactions. Hydrogen bond. OXIDATION NUMBER, COMPOUNDS CLASSIFICATION: Oxidation number. Typology and nomenclature of chemical compounds. Empirical formula, molecular formula, structural formula. CHEMICAL REACTIONS: Mass conservation law. Mole and atomic weight. Acid-base reactions. Oxidizing and reducing agents. Redox reactions. Equivalent weight and equivalents number. THE STATE OF MATTER: The ideal gas. Boyle's law. Charles’s law. Gay Lussac’s law. The ideal gas equation. Gas mixtures: partial pressures. Dalton's Law. Graham’s law. Real gases. The van der Waals’s equation. Liquid: Physical properties. Vapor pressure. Critical temperature and Andrews diagram. Liquid solutions. Solubility. Concentration of solutions. Definition of electrolyte and non-electrolyte. Ideal solutions. Rault’s law for ideal and real solutions. Colligative properties. Ionic solids. Covalent solids. Molecular solids. STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS Classification. Crystal structure and defects. Mechanical properties. PHASE DIAGRAMS One-component phase diagrams . Binary phase diagrams: complete, limited and zero solubility in the solid state. THERMOCHEMISTRY: Heats of reaction. Heats of formation. Hess's Law. Entropy. Statistical and molecular interpretation of entropy. Free energy and spontaneity of chemical reactions. CHEMICAL EQUILIBRIUM: Equilibrium in gaseous systems. Influence of concentration, pressure and temperature on the equilibrium. Degree of dissociation. Equilibrium in heterogeneous systems. EQUILIBRIA IN SOLUTION : Acid-base equilibria. pH: definition. pH calculation for : strong acid or strong base, weak acid or weak base, polyprotic acids. Hydrolysis equilibria. Hydrolysis pH calculation. Buffer solutions. Solubility product. WATER TECHNOLOGY Water treatment processes. Water hardness and softening treatments. Water demineralization and distillation. CHEMICAL KINETICS: Reaction rate. Reaction order, kinetic’s law Arrehenius’s equation. Activation Energy. Catalysis and catalysts ELECTROCHEMISTRY and ELECTROLYSIS: Electrodes and batteries. Potential of a half-element. Nernst’s equation. Measurement of e.m.f. of a stack. Electrolysis. Overvoltage. Faraday's laws. Electrolysis of water. Electrolysis of molten salts. Electrolysis of NaCl. Electrolytic refining of copper. Accumulators. CORROSION OF METALS Pourbaix diagrams. Tafel equations. Evans diagrams. Types of corrosion and protections. AERIAL AND HYDRAULIC BINDERS Historical evolution of binders. hydraulic lime. Portland cement: production, hydration. Portland-pozzolana and blast furnace cement. Analysis and testing of cement. Degradation. CAST IRONS AND STEELS Production and mechanical properties. Heat treatments of steels. CERAMICS AND GLASSES Structure and manufacturing processes, traditional refractory and ceramics, main types of glasses. POLYMERS Classification and properties of polymers. Polymerization mechanism (overviews)