Obiettivi Formativi

L'acquisizione dei principi della chimica, imperniati sostanzialmente sulle teorie di legame e sulle leggi della termodinamica, è volta alla comprensione delle proprietà macroscopiche dei materiali.

Learning Goals

Acquisition of principles of chemistry, mainly based on bond theories and on the laws of thermodinamics, is aimed to the understanding of mocroscopic properties of materials.

Metodi didattici

Lezioni frontali. descrizione di esperimenti reali e virtuali. Esercitazioni simboliche e numeriche

Teaching Methods

Lectures. description of real and virtual experiments. Tutorials symbolic and numeric

Prerequisiti

Nessuno

Prerequisites

Not required

Verifiche dell'apprendimento

La valutazione viene fatta durante un esame finale preceduto da una prova parziale scritta. Si basa sulla capacità dello studente a risolvere problemi teorici-pratici e sulle necessarie conoscenze teoriche che permettono la corretta modalità di approccio ai problemi medesimi. La conoscenza di tutti i concetti fondamentali è condizione necessaria al superamento dell’esame.

Assessment

The evaluation is made during a final exam preceded by a partial test writing. It is based on the student's ability to solve theoretical and practical problems and the necessary theoretical knowledge which allow the correct method of approach to the problems themselves. The knowledge of all the core concepts is a necessary condition for passing the exam.

Programma del Corso

Teoria della valenza. Significato e limiti di una formula chimica. Le formule molecolariIl primo principio della termodinamica e la funzione di stato entalpia. La legge di Hess. Il secondo principio e l’entropia. L’energia libera. Criteri di spontaneità di un processo chimico. Lo stato gassoso. Leggi dei gas ideali. Leggi dei gas. Equazione generale dello stato gassoso. I gas reali. Equazione di Van deer Waals. Diagramma di Andews. L’equilibrio chimico nei gas. L’isoterma di van’t Hoff. La legge di azione di massa e il principio di le Chatelier-Brown. Effetto della pressione, della concentrazione e della temperatura sull’equilibrio chimico. L’equazione di Arrenius. Velocità di una reazione chimica.Cenni sulla catalisi.I passaggi di stato e l’equilibrio tra fasi. L’equazione di Clapeyron. I diagrammi di stato. Le soluzioni di non elettroliti. Legge di Raoult. Abbassamento della tensione di vapore. Innalzamento del punto di ebollizione. Abbassamento del punto di gelo. Pressione osmotica. Le soluzioni di elettroliti. Conducibilità elettrica di elettroliti deboli ed elettroliti forti. Le teorie degli acidi e delle basi. Equilibri di dissociazione degli elettroliti deboli. Il pH di soluzioni di acidi e basi forti e di acidi e basi deboli. pH di sali di elettroliti deboli. Soluzioni tampone. Equilibri di solubilità. La trasformazione di energia chimica in energia elettrica. L’equazione di Nernst. Potenziali elettrodici. Tipi di elettrodi. La scala dei potenzialiPile chimiche. Pile di concentrazione. La trasformazione di energia elettrica in energia chimica. L’elettrolisi. Le leggi di Faraday. Descrizione semiquantitativa della struttura atomica: dall’atomo di Rutherford alla meccanica ondulatoria. Gli orbitali atomici. Il sistema periodico. Interpretazione quantomeccanica del legame chimico: il legame covalente. Il legame ionico e i solidi ionici. I legami deboli e i solidi covalenti. Il legame metallico e i solidi metallici. La teoria del legame di valenza. Struttura e propietà dei composti più comuni degli elementi rappresentativi. Ossidi, idrossidi, acidi, basi e sali. Reazioni acido-base. Ossidanti, riducenti e reazioni redox. Applicazione delle leggi dei gas. Calcolo dei pesi molecolari di sostanze gassose. Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche: moli ed equivalenti. Principio dell’equivalenza applicato alle reazioni acido base e redox. Il calore nelle reazioni chimiche: legge di Hess. Calcolo della composizione dell’equilibrio di una miscela di reazione allo stato gassoso: effetto della pressione, della concentrazione e della temperatura. Concentrazione delle soluzioni: calcoli di diluizione. Calcolo della concentrazione idrogenionica di soluzioni di acidi e di basi. Calcolo del pH di soluzioni tampone. Calcolo del pH di soluzioni di sali di acidi e basi deboli. Calcolo della solubilità di sali poco solubili. Calcolo della fem di pile chimiche e di pile di concentrazione. Calcolo della corrente impiegata nei fenomeni galvanici.

Course Syllabus

Valence. Writing and reading of a chemical formula. Molecular formulas. Electronic theory of valence. Lewis formulas. Molecular structure through valence shell electron pairs repulsion theory (VSEPR). Energy and chemical processes: the first law of thermodynamics. The enthalpy. Hess law. Second law and entropy. Gas laws. Real gases. Criteria for evaluating the spontaneity of a chemical process. Gaseous state. Gas laws. Ideal gas equation. Real gases. Van deer Waals equation. Liquefaction of vapours by compression. Andrews diagram. Chemical equilibria among gaseous substances. Van’t Hoff isothermal equation. Law of mass action and Le Chatelier principle. Pressure, temperature and concentration effects on the equilibrium position. Arrenius equation. Chemical reaction rate. First order kinetics. Notes on catalysis. Phase transition and phase equilibria. Clapeyron equation. Phase diagrams of pure substances. Solutions of non electrolytes. Raoult law. Vapor pressure lowering. Boiling and freezing point of non electrolytes solutions. Osmotic pressure. Solutions of electrolytes. Electric conductivity of solutions of strong and weak electrolytes. Theories of acids and bases. Weak acids and weak bases dissociation equilibria. pH of solutions of strong acids and strong bases. pH of solutions of weak acids and weak bases. pH of solution of weak electrolyte salts. Buffer solutions. Solubility equilibria. Change of chemical energy into electrical energy. Nernst equation. Electrode potentials. Standard hydrogen electrode (SHE). Calomel electrode. Scale of electrode potentials. Criteria for the spontaneity of a redox process. Batteries (voltaic piles). Change of electrical energy of into chemical energy. Electrolysis. Faraday laws. Production of widely used substances by means of electrical current. Notes on rechargeable batteries and on metal corrosion. Excercises. Oxides, hydroxides, acids, bases and salts: nomenclature. Balancing of acid-base reactions. Oxidants and reducents. Half reaction method of balancing redox reaction equations. Application of gas laws. Finding the molecular weight of a gaseous substance. Ponderal relations in chemical reactions. Determination of Empirical Formula. Principle of equivalence applied to acid-base and redox reactions. Heat and chemical reactions: Hess law. Calculations on the composition o an equilibrium mixture of gaseous substances: the effect of pressure, temperature and concentration Calculations on concentration of solutions. Calculations on the molecular weight determination by means of measurement of: a) osmotic pressure; b) boiling point; c) freezing point; d) vapour pressure lowering in non electrolyte solutions. Caculations of hydrogen concentration of acid and base solutions. Calcuilation of pH of buffer solutions. Calculation of pH of weak electrolytes solutions. Calculation of solubility of low soluble salts. Calculations of the electromotive force of batteries. Calculations on electrolysis.