Obiettivi Formativi

Lo studente acquisirà conoscenze generali di Chimica, della natura della materia, delle sue trasformazioni e delle leggi che la governano. Verranno fornite informazioni su elementi chimici e composti di interesse biologico e molecolare, con particolare attenzione a quelli che sono rilevanti nello studio delle biotecnologie.

Learning Goals

Students will be taught to understand chemical properties of elements and their importance in a biological and molecular setting. The bare knowledge of the basic algebra, including natural, relative, rational, irrational and real numbers. Moreover, it is mandatory to know the basic quantities, equivalences and quantity calculations, along with the exponential decimal labelling also expressed by the multiple and submultiple quantities

Metodi didattici

Metodi Didattici Gli strumenti didattici sono basati sull'utilizzo di proiezioni dimostrative, esercizi alla lavagna, esercitazioni in laboratorio, ma anche uso di programmi al computer per visualizzazione molecole e studi su proteine o analisi statistiche specialmente pensate per questo corso I testi teorici e le slides tutte sono gratuitamente disponibili sul sito web personale del prof. Archimede Rotondo http://archi745.wixsite.com/chimicadiarchi Per gli studenti curiosi la pagina facebook “corsi di chimica generale biomorf” offre spunti, barzellette e attualità sulla scienza

Teaching Methods

Teaching Tools The teaching tools are mostly based on the slides of the theoretical features, but also many “blackboard exercises” will be performed as well as some laboratory experiences and computer aided science specifically customed for this biotechnology course. Moreover the personal website of prof. Archimede Rotondo is a very important platform in order to download the text book and slides used during the lectures along with other video. http://archi745.wixsite.com/chimicadiarchi For curious students the facebook page “corsi di chimica generale biomorf” includes updates, jokes and news about science

Prerequisiti

Gli studenti devono conoscere l'algebra di base, i numeri naturali, relativi, razionali, irrazionali e reali. È fondamentale inoltre possedere conoscenze di base sulle grandezze fondamentali, equivalenze e calcoli dimensionali, della notazione esponenziale e relativi multipli e sottomultipli delle grandezze.

Verifiche dell'apprendimento

Le verifiche di conoscenza della materia saranno svolte per mezzo di prove scritte e orali. Quando possibile si svolgeranno anche prove scritte in itinere e pre-esami indicativi per la prova finale. Ci si avvarrà anche degli strumenti telematici di ateneo (Teams, e-Learning)

Assessment

The evaluation of the students’ knowledge will be performed through blackboard exercises and tutoring (whenever it will be possible). Many written pre- examinations are also scheduled in order to ease the last verification exam

Programma del Corso

La chimica e le sostanze chimiche - Definizione di proprietà e trasformazioni delle sostanze - Misure ed unità di misura - La composizione della materia, proprietà atomiche e la tavola periodica - La struttura dell’atomo e i modelli atomici, cenni di chimica quantistica e Planck, l’equazione di Schröedinger - I postulati di Bohr, gli spettri atomici e i numeri quantici, il principio di esclusione di spin elettronico (Pauli) - Definizione degli atomi polielettronici - De Broglie (dualismo particella-onda) - Il principio di indeterminazione di Heisenberg - Rappresentazioni grafiche di orbitali, energie degli orbitali e schermatura elettronica. Termochimica - Principi generali, spontaneità dei processi ed energie coinvolte - Reazioni esoergoniche ed endoergoniche Legame chimico • Legame covalente puro e eteropolare legami covalenti singoli e multipli, sigma e pigreco - legame covalente dativo - legame ionico - legame metallico –strutture di Lewis di molecole poliatomiche - numero sterico e configurazioni geometriche - risonanza - ottetti espansi e ottetti incompleti - Numero di valenza e numeri di ossidazione - polarità di legami - teoria del legame di valenza (VBT) - ibridizzazione - proprietà magnetiche - diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo • Definizione di orbitali molecolari (MOT). Interazioni intermolecolari - Interazioni deboli – forze di Van der Waals – interazioni ione-dipolo e processi di solvatazione - legami intermolecolari - I gas - Leggi universali dei gas- legge di Avogadro - distribuzione statistica delle velocità molecolari - Proprietà dei liquidi - le proprietà dei liquidi - solubilità - concentrazione delle soluzioni: concetto e calcolo di molarità e normalità - proprietà colligative - pressione osmotica e fenomeni biologici correlati - coefficiente di Van’t Hoff - osmosi inversa - proprietà elettriche delle soluzioni - sistemi dispersi: stato colloidale. Reazioni ed equilibrio chimico - Equilibrio e legge di Gouldberg Waage - Principio di Le Chatelier – Relazioni Termodinamiche equilibri in soluzione - autoionizzazione dell’acqua - acidi e basi deboli, pH e pOH - misura del pH - acidi poliprotici - curve di speciazione (grado di protonazione) al varare del pH - sali e sali acidi - idrolisi - soluzioni tampone - Definizione di ossido riduzioni - numero di ossidazione - solubilità, prodotto di solubilità, effetto dello ione a comune e di altri ioni. - Solvatazione e sfera di solvatazione Propedeutica biochimica • Ioni inorganici di interesse biologico e il loro ruolo sulla base del corredo elettronico. Tecniche • Separazioni mediante metodi chimico-fisici • Basi di cristallografia e strutture di macromolecole biologiche (DNA e proteine) • Basi di cromatografia

Course Syllabus

Chemistry program Chemistry and chemicals - Definition of properties and transformations of substances - Measurements and universal measurement units - The structure of matter, atomic properties and periodic table - Atomic structure and atomic models, elements of quantum chemistry and Planck law and Schröedinger equation - Bohr's postulates, atomic spectra and quantum numbers, the exclusion principle of electronic spin (Pauli) - Definition of polyelectronic atoms - De Broglie (particle-wave dualism) - Heisenberg's uncertainty principle - Graphic representations of orbitals, orbitals energies and electronic shielding. Thermodynamics - General principles, spontaneity of the processes and energies involved - Exoergonic and endergonic reactions Chemical bond Pure and heteropolar covalent bond single and multiple covalent bonds, sigma and pigreco - dative covalent bond - ionic bond - metallic bond - Lewis structures of polyatomic molecules - steric number and geometric configurations - resonance - expanded octets and incomplete octets - Valence number and oxidation numbers - bond polarity - valence bond theory (VBT) - hybridization - magnetic properties - diamagnetism, paramagnetism, ferromagnetism Definition of molecular orbitals (MOT). Intermolecular interactions - Weak interactions - Van der Waals forces - ion-dipole interactions and solvation processes - intermolecular bonds - The gas - Universal gas laws - Avogadro's law - statistical distribution of molecular speeds - Liquid properties - the properties of liquids - solubility - concentration of solutions: concept and calculation of molarity and normality - colligative properties - osmotic pressure and related biological phenomena - Van't Hoff coefficient - reverse osmosis - electrical properties of solutions - dispersed systems: colloidal state . Reactions and chemical equilibrium - Equilibrium and Gouldberg Waage's law - Le Chatelier's principle - Thermodynamic relations equilibrium in solution - water autoionization equilibrium - weak acids and bases, pH and pOH - pH measurement - polyprotic acids - distribution curves of species with different degrees protonation (speciation) - salts and acid salts - hydrolysis - buffer solutions - Definition of oxide reductions - oxidation number - solubility, product of solubility, effect of the common ion and other ions. - Solvation and solvation sphere Biochemical preparatory • Inorganic ions of biological interest and their role: Calcium, Chlorine, Iron, Phosphorus, Hydrogen, Magnesium, Manganese, Oxygen, Potassium, Copper, Sodium, Zinc, Sulfur. Techniques • Principles of separation by chemical-physical methods • Elements of crystallography and structural analysis of biological macromolecules such as DNA and proteins • Principles of chromatography