Obiettivi Formativi

Il corso si propone di: fornire competenze e conoscenze dei fondamenti chimici alla base dell'ingegneria e delle loro applicazioni nell’ingegneria, delle proprietà dei materiali da costruzione, della correlazione tra microstruttura e proprietà chimico-fisico-meccaniche; far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite al fine di valutare il materiale da costruzione più idoneo alla specifica applicazione costruttiva;far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le conoscenze acquisite per formulare e sviluppare pensieri e riflessioni e risolvere problemi di ingegneria utilizzando tecniche e strumenti di descrizione e di indagine scientifica adeguati;far sviluppare la capacità di usare in maniera appropriata i linguaggi tecnici, grafici e scientifici specifici della disciplina e comunicare con linguaggio tecnico appropriato sia con esperti del proprio o di altri settori ingegneristici che con interlocutori non specialistidi far acquisire agli studenti adeguati metodi di studio per affrontare tematiche di livello superiore.

Learning Goals

The course aims to:  provide skills and knowledge on the fundamentals of chemistry for engineers, on construction material properties, on the correlation between microstructure and chemical, physical and mechanical properties; develop the ability to apply the acquired knowledge so that to assess the more suitable construction material in specific engineering fields;develop the ability for autonomous processing of concepts applying the acquired knowledge in order to draw observations and to solve engineering problems with suitable techniques, tools, description and scientific investigation methods.develop the ability to use properly the technical, graphics and scientific languages of the specific discipline and communicate with both engineering sector experts and non-specialist interlocutors to acquire appropriate self-study study methods in order to deal with higher level issues.

Metodi didattici

Il corso si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Le lezioni frontali sono svolte alla lavagna e con il supporto di slide powerpoint; le esercitazioni in aula, sia singole che di gruppo, vengono svolte sotto la guida del docente al fine di sviluppare la capacità di impostare, analizzare e risolvere problemi anche complessi. 

Teaching Methods

The course mainly takes place through lectures and exercises in the classroom. The lectures are carried out on the blackboard and with the support of powerpoint slides; exercises in the classroom, both independent and group, are carried out under the teacher support in order to develop the ability to set up, 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 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

Durante il corso si effettuano due verifiche (a metà e fine corso della durata di due ore ciascuna) che prevedono la risoluzione di esercizi e quesiti a risposta aperta e/o multipla.  La prima verifica riguarda gli argomenti da 1 a 7. La seconda verifica riguarda gli argomenti da 8 a 14. La valutazione delle verifiche è espressa in trentesimi.   Il risultato delle verifiche viene mantenuto per due anni accademici.  L’esame finale consiste in una discussione orale degli argomenti oggetto delle verifiche ed il voto è calcolato come media aritmetica del voto delle verifiche e della discussione orale.   Per coloro che non hanno sostenuto entrambe le verifiche l’esame finale consiste in una prova scritta che prevede la risoluzione di esercizi e quesiti a risposta aperta e/o multipla della durata di due ore sull’intero programma, valutato in trentesimi, ed una prova orale sugli argomenti oggetto della prova scritta. Il voto finale è la media aritmetica del voto della prova scritta e della discussione orale.  Durante le verifiche e la prova scritta è possibile utilizzare una calcolatrice e consultare la tavola periodica degli elementi. Maggiori dettagli sulle modalità di svolgimento delle prove di esame sono reperibili alla pagina Moodle del corso.   La valutazione delle verifiche o della prova scritta e della discussione orale è volta ad accertare il grado di conoscenze acquisite, la padronanza dei concetti, le capacità di applicarle in maniera critica, la qualità dell’esposizione e la competenza nell’impiego del lessico specialistico. 

Assessment

During the course, two ongoing tests are carried out (in the middle and at the end of the course, the time allotted is two hours.  The first ongoing test focuses on topics from 1 to 7 with a score out of thirty. The second test focuses on topics from 8 to 14 with a score out of thirty.  The results of the ongoing tests remain valid for two academic years.  The final exam consists of an oral discussion on the topics included in the ongoing tests.   The final grade is expressed out of thirty, calculated as the arithmetic average of the evaluations of ongoing tests and oral discussion.  For students do not participate to ongoing tests, the final exam consists of a written test (covering all the topics, scored out of thirty, duration two hours) and an oral discussion on the topics included in the written test. The final grade is expressed out of thirty, calculated as the arithmetic average of the evaluations of written test and oral discussion.  During the ongoing and written tests, it is permitted to use a calculator and to consult the periodic table of the elements. More details on the exams and past papers can be found on the Moodle page of the course.   The assessment of the tests and the final exam will account for the degree of knowledge acquired, the mastery of the concepts, the ability to apply them critically, the quality of the exposition and the expertise in the use of specialized vocabulary. 

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 874/4 - CHIMICA ------------------------------------------------------------ Argomento 1: La Tavola Periodica degli Elementi  La Tavola Periodica e le proprietà degli elementi. Energia di ionizzazione. Affinità Elettronica.  Argomento 2: Il Legame Chimico  Il legame covalente: teoria di Lewis. Raggio atomico. Strutture di Lewis e regola dell’ottetto. Legame dativo e promozione elettronica.  Il legame secondo la teoria del legame di valenza. Risonanza o mesomeria. La geometria delle molecole: teoria VSPER. Legame covalente polare: elettronegatività e momento di dipolo. I legami intermolecolari. Molecole con elettroni spaiati e paramagnetismo. Il legame covalente: teoria dell’Orbitale Molecolare. Il legame metallico: il modello a bande. Il legame ionico.  Argomento 4: Stechiometria e bilanciamento di reazioni  Legge di conservazione di massa. Il concetto di mole. Bilanciamento di reazioni non redox. Bilanciamento delle reazioni redox. Rapporti ponderali: calcolo delle quantità che reagiscono. Reagente limitante. Equivalenti chimici.  Argomento 5: Stati di aggregazione della materia  Teoria cinetica e leggi dei gas. Gas ideali e gas reali. Le leggi dei gas ideali. Equazione di stato dei gas ideali. Densità e peso molecolare di un gas. Solubilità dei gas nei liquidi. Equazione di stato dei gas reali. Stato liquido; proprietà fisiche dei liquidi. Tensione di vapore. Equazione di Clausius Clapeyron. Evaporazione e tensione di vapore. Ebollizione. Liquefazione dei gas e diagramma di Andrews.  Argomento 6: Le soluzioni  Soluzioni. Concentrazione delle soluzioni. Definizione di elettrolita e non elettrolita. Tensione di vapore delle soluzioni. Le proprietà colligative.  Argomento 8: Energetica di una reazione chimica  Variazione di energia durante una reazione. Fattori che influenzano i calori di reazione. Entalpia di reazione standard. La legge di Hess. Entropia in una reazione chimica. Energia libera ed equilibrio chimico. Equilibri omogenei ed eterogenei.  Argomento 9: Equilibri in soluzione   Acidi e basi. 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. Idrolisi. Calcolo del pH di idrolisi. Prodotto di solubilità.  ------------------------------------------------------------ Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI ------------------------------------------------------------ Argomento 3: Struttura e proprietà meccaniche dei materiali Classificazione. Solidi ionici. Solidi covalenti. Solidi molecolari. Sistemi cristallini. Difetti nei cristalli. Proprietà meccaniche. Argomento 7: Diagrammi di stato Diagrammi di stato ad un componente. Diagrammi di stato binari: miscibilità completa, parziale e nulla allo stato solido. Argomento 10: Leganti aerei e idraulici Sviluppo storico. Leganti aerei. Calci idrauliche. Cemento Portland, cemento pozzolanico e d’altoforno: produzione, idratazione. Classificazione dei cementi. Prove ed analisi sui cementi. Degrado della pasta cementizia e delle armature. Mix-design del calcestruzzo. Aggregati: distribuzione granulometrica e combinazione ottimale degli aggregati. Principali tecniche diagnostiche in situ ed in laboratorio. Argomento 11: Acciai e ghise Acciai e ghise: produzione e proprietà meccaniche. Trattamenti termici degli acciai. Classificazione degli acciai. Argomento 12: Ceramici e vetri Struttura e produzione, laterizi e ceramici tradizionali, principali tipi di vetro. Argomento 13: Polimeri Classificazione e proprietà dei polimeri. Argomento 14: Elettrochimica ed elettrolisi Elettrodi e pile. Equazione di Nernst. Misura della f.e.m. di una pila. L’elettrolisi. Sovratensione. Le leggi di Faraday. Principi di corrosione dei materiali metallici.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 874/4 - CHIMICA ------------------------------------------------------------ Topic 1: The periodic system  Periodic table and periodic properties of the elements. Ionization energy. Electronic affinity.  Topic 2: The chemical bond  Covalent bond: Lewis theory. Atomic radius. Lewis structures and octet rule. Valence bond theory. Dative bond. VSEPR theory. Polar covalent bond: electronegativity and dipole moment. Intramolecular interactions. Molecules with unpaired electrons and paramagnetism. Resonance. Molecular orbital theory. Metallic bond. Ionic bond.   Topic 4: Chemical reactions  Mass conservation law. Mole and atomic weight. Acid-base reactions. Redox reactions. Weight ratio and limiting reagent. Chemical equivalent,  Topic 5: The state of matter  The ideal gas. Boyle's law. Charles’s law. Gay Lussac’s law. The ideal gas equation. Gas density. Real gases. The van der Waals’s equation. Liquefaction of gases. Liquid: Physical properties. Vapor pressure. Clausius Clapeyron equation. Critical temperature and Andrews diagram.  Topic 6: Liquid solutions  Liquid solutions. Solubility. Concentration of solutions. Definition of electrolyte and non-electrolyte. Vapor pressure of solutions. Colligative properties.  Topic 8: Thermochemistry  Heats of reaction. Reaction standard enthalpy. Hess's Law. Entropy. Free energy and chemical equilibrium. Homogeneous and heterogeneous equilibrium.  Topic 9: Equilibria in solution  Acid-base equilibria. Ionic product of water. pH: definition. pH calculation for : strong acid or strong base, weak acid or weak base, polyprotic acids.   Hydrolysis equilibria. Hydrolysis pH calculation. Solubility product.  ------------------------------------------------------------ Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI ------------------------------------------------------------ Topic 3: Structure and mechanical properties of materials Classification. Ionic solids. Covalent solids. Molecular solids. Crystal structure and defects. Mechanical properties. Topic 7: Phase diagrams One-component phase diagrams. Binary phase diagrams: complete, limited and zero solubility in the solid state. Topic 10: Aerial and hydraulic binders Historical evolution of binders. hydraulic lime. Portland cement: production, hydration. Portland-pozzolana and blast furnace cement. Analysis, testing and classification of cement. Degradation. Concrete mix-design. Aggregate: sieve analyses, grading curves, combination of aggregate. Testing techniques of several construction materials. Topic 11: Cast irons and steels Production and mechanical properties. Heat treatments of steels. Steels and cast irons classification. Topic 12: Ceramics and glasses Structure and manufacturing processes, traditional refractory and ceramics, main types of glasses. Topic 13: Polymers Classification and properties of polymers. Topic 14: 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. Basic knowledge of metals corrosion.