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, e di far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le nozioni teoriche acquisite, per impostare, analizzare e risolvere problemi attinenti i settori dell'ingegneria industriale. Alla fine del corso gli studenti dovranno essere, inoltre, in grado di saper effettuare un confronto critico tra diverse possibili soluzioni attinenti l'interpretazione e il bilanciamento stechiometrico di reazioni chimiche, l'interpretazione e calcolo di fenomeni energetici, ed altri argomenti del programma del corso, e comunicare le conoscenze acquisite in maniera critica adoperando un linguaggio tecnico ed un approccio metodologico adeguati, dimostrando di aver sviluppato un'adeguata maturità per lo studio individuale della disciplina.

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

Il corso è impostato secondo: I) lezioni frontali, durante le quali il docente ricorre spesso allutilizzo di strumenti digitali (proiezione di PPT); II) esercitazioni sulla risoluzione in classe di problemi stechiometrici. Durante la lezione frontale, gli studenti vengono coinvolti con brevi domande sugli argomenti trattati nelle lezioni precedenti e, in relazione al programma svolto, invita gli studenti a proporre soluzioni per affrontare i problemi discussi.

Teaching Methods

The course is set according to: I) lectures, during which the teacher often uses digital tools (PPT projection); II) exercises on class resolution of stoichiometric problems. During the lectures, students are involved with brief questions on the topics covered in the previous lessons and, in relation to the program carried out, invited to propose solutions to address the problems discussed.

Prerequisiti

Per lo studio di tali argomenti gli studenti devono possedere adeguate conoscenze di matematica e fisica, nonché nozioni di base relative alla simbologia di elementi e composti, alla più semplice nomenclatura inorganica ed organica ed al bilanciamento delle reazioni elementari.

Prerequisites

Basic knowledge 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 intermedia e durante il corso (almeno due) con valutazione in trentesimi che prevedono la risoluzione di esercizi e quesiti in forma scritta; Lesame finale consiste in una prova scritta e una prova orale finale sugli argomenti del programma finalizzati ad accertare le conoscenze acquisite e le capacità di applicarle in maniera critica adoperando un linguaggio tecnico ed un approccio metodologico adeguati. 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

FONDAMENTI: Metodo scientifico. Stati della materia e separazioni. Sostanze. Leggi fondamentali della chimica. Simboli e formule. Peso atomico e peso molecolare. Mole e Peso molare. Composizione percentuale, determinazione della formula empirica e molecolare. STRUTTURA ATOMICA: Teoria atomica di Dalton. Tubi a raggi catodici. Modello di Thomson, esperienza di Millikan e di Rutherford. Cenni sulla quantizzazione dell'energia. Spettri di righe e modello atomico di Bohr. Natura corpuscolare-ondulatoria della materia. Equazione di Schrödinger. Numeri quantici e orbitali atomici. Configurazione elettronica degli atomi. Tavola periodica. Proprietà periodiche degli elementi. LEGAME CHIMICO: Legame ionico. Legame covalente. Strutture di Lewis. Proprietà dei legami. Polarità delle molecole. Teoria VSEPR. Teoria del legame di valenza e ibridazione. Teoria degli orbitali molecolari. Legame metallico. NOMENCLATURA: Nomenclatura IUPAC e tradizionale. Numero di ossidazione. Composti Binari. Ossidi e anidridi. Anioni e cationi poliatomici. Idrossidi. Ossiacidi. Sali. REAZIONI CHIMICHE: Equazioni chimiche. Tipi di reazioni chimiche. Reazioni in soluzione acquosa. Reazioni redox. Bilanciamento. Calcoli stechiometrici. Il reagente limitante. La resa. STATO GASSOSO: Gas ideali. Leggi dei gas. Equazione di stato dei gas. Leggi di gas e stechiometria. Teoria cinetica molecolare dei gas. Miscugli gassosi. Gas reali. TERMOCHIMICA: Funzioni di stato. Lavoro. Calore. Primo principio della termodinamica. Entalpia. Variazioni di entalpia nelle reazioni chimiche e legge di Hess. Secondo e terzo principio della termodinamica. Reazioni spontanee. Entropia. Energia libera di Gibbs. SOLUZIONI: Solubilità. Modi di esprimere le concentrazioni. Diluizioni. Proprietà colligative. Soluzioni elettrolitiche e dissociazione elettrolitica. CENNI DI CINETICA CHIMICA: Velocità di reazione. Legge cinetica. Reazioni elementari e meccanismi di reazioni. Equazione di Arrhenius. Catalisi. EQUILIBRIO CHIMICO: Reazioni reversibili. Legge di azione di massa. Costanti di equilibrio Kc e Kp. Grado di avanzamento della reazione. Principio di Le Chatelier. Catalisi. ACIDI E BASI IN SOLUZIONE: Definizione di acidi e basi. Autoprotolisi dell'acqua. pH, pOH e pK. Acidi e basi forti e deboli. Idrolisi. Reazioni acido-base. Soluzioni tampone. Sali poco solubili e prodotto di solubilità. ELETTROCHIMICA: Celle galvaniche o pile. Elettrodi, uso dei potenziali standard. Forza elettromotrice. Equazione di Nernst. Pile a concentrazione. Cenni sullelettrolisi. Legge di Faraday.

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. Charless law. Gay Lussacs law. The ideal gas equation. Gas mixtures: partial pressures. Dalton's Law. Grahams law. Real gases. The van der Waals equation. Liquid: Physical properties. Vapour pressure. Critical temperature and Andrews diagram. Liquid solutions. Solubility. Concentration of solutions. Definition of electrolyte and non-electrolyte. Ideal solutions. Raults law for ideal and real solutions. Colligative properties. Ionic solids. Covalent solids. Molecular solids. 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, poly-protic acids. Hydrolysis equilibria. Hydrolysis pH calculation. Buffer solutions. Solubility product. ELECTROCHEMISTRY. Galvanic cells or batteries. Electrodes, use of standard potentials. Electromotive force. Nernst equation. Concentration cells. Notes on electrolysis. Faraday's law.