Obiettivi Formativi

Conoscenza e comprensione dei fondamenti chimici delle tecnologie alla base delle realtà applicative dell’ingegneria elettronica. Pertanto, alla fine del corso gli studenti avranno familiarità con i principi di base della Chimica, indispensabili per lo studio dei fenomeni chimici e chimico-fisici e per la conoscenza del comportamento dei materiali per l’elettronica. Sviluppo e acquisizione di un adeguato metodo di studio, di descrizione e di indagine scientifica. Sviluppo e acquisizione della capacità di applicare in maniera autonoma le nozioni teoriche per impostare, analizzare e risolvere problemi teorici anche complessi.

Learning Goals

The course aims to provide skills and knowledge on the fundamentals of chemistry for electronic engineers, on material properties, on the correlation between microstructure and chemical, physical and electronic properties, on their applications in electronic engineering fields. The course also aims to make students able to acquire appropriate study, description and scientific investigation methods. The students will be able to properly use 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

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.

Teaching Methods

Lectures and exercises on solving classroom problems.

Prerequisiti

Gli studenti devono possedere adeguate conoscenze di matematica e fisica, nonché nozioni di chimica di base su elementi e composti.

Prerequisites

Students must have adequate knowledge of mathematics and physics, as well as basic chemistry notions on elements and compounds.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento prevede verifiche in itinere ed un esame finale. Le verifiche in itinere vertono su esercizi sugli argomenti del programma, e sono finalizzate ad accertare le conoscenze acquisite e le capacità di applicarle in maniera critica utilizzando linguaggi tecnici appropriati. Le verifiche in itinere sono almeno due con valutazione in trentesimi durante tutto il corso. L’esame finale 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

The final examination consists of intermediate checks and a final examination. Intermediate checks during the course (at least two) with assessment that provide for the resolution of exercises and questions in writing. The final exam consists of a written test and a final oral test on the topics of the program aimed at ascertaining the knowledge acquired and the ability to apply them critically using an appropriate technical language and methodological approach. Students who received an average rating of 18/30 or more in the ongoing examinations are exempted from the written test.

Programma del Corso

L'ATOMO. Origine della teoria atomica. L’esperienza di Rutherford. Massa atomica. Mole e peso atomico. L’elettrone. La teoria quantistica. La meccanica ondulatoria. I numeri quantici. Le strutture elettroniche degli atomi e classificazione periodica degli elementi. IL LEGAME CHIMICO. Formule di Lewis. Potenziale di ionizzazione. Affinità elettronica. Elettronegatività. Legami chimici:covalente, ionico. Risonanza. Orbitali delocalizzati. Orbitali ibridi. Forze intermolecolari. Legame idrogeno. Legame metallico. LE REAZIONI CHIMICHE. Valenza. Numero d’ossidazione. Nomenclatura dei composti chimici. Reazioni chimiche. Reazioni redox. Relazioni ponderali nelle reazioni chimiche. Peso equivalente. STATI DELLA MATERIA. Lo stato gassoso. Leggi dello stato gassoso. L'equazione generale dei gas ideali. I gas reali. L'equazione di Van der Waals. Temperatura critica. Diagramma di Andrews. Stato liquido. Processo di evaporazione. Tensione di vapore. Stato solido. Solidi ionici, covalenti, molecolari. Metalli. Semiconduttori. Cambiamenti di stato. Diagrammi di stato. SOLUZIONI. Solubilità. Concentrazione delle soluzioni. Soluzioni ideali. Legge di Raoult. Soluzioni non ideali. Tensione di vapore di soluzioni contenenti soluti non volatili. Le proprietà colligative. Soluzioni elettrolitiche. Conducibilità elettrolitica. Conducibilità equivalente. TERMODINAMICA. Il primo principio della termodinamica. Energia interna ed entalpia. Termochimica. Legge di Hess. Il secondo principio della termodinamica. Conversione di calore in lavoro. Entropia. Energia libera. Equazione di Clausius-Clapeyron. Spontaneità delle reazioni chimiche. EQUILIBRIO CHIMICO. Legge dell’equilibrio chimico. Effetto della concentrazione, temperatura e pressione sull'equilibrio. Equazione di Van’t Hoff. Equilibri in fase gas. Equilibri eterogenei. Equilibri in soluzione. Prodotto ionico dell’acqua. Acidi e basi. pH. Calcolo del pH. Soluzioni tampone. CINETICA CHIMICA. Velocità di reazione. Variabili che influenzano la velocità di reazione. Energia di attivazione. Processi catalitici e fotochimica. ELETTROCHIMICA. Pile. Elettrodi. Elettrodi di riferimento. Equazione di Nernst. Misura della f. e. m. di una pila. Elettrolisi. Leggi di Faraday. Corrosione dei metalli. Accumulatori. SENSORI CHIMICI. Principi di funzionamento. Sensori chimici basati su semiconduttori ad ossido metallico. Sensori di gas. Biosensori. Sensori MEMS.

Course Syllabus

ATOM. Origin of atomic theory. Rutherford's experience. Atomic mass. Mole and atomic weight. The electron. Quantum theory. Wave mechanics. Quantum numbers. Electronic structures of atoms and periodic classification of elements. CHEMICAL BOND. Lewis formulas. Ionization potential. Electronic affinity. Electronegativity. Chemical bonds: covalent, ionic. Resonance. Delocalized orbitals. Hybrid orbitals. Intermolecular forces. Hydrogen bond. Metallic bond. CHEMICAL REACTIONS. Valenza. Oxidation number. Nomenclature of chemical compounds. Chemical reactions. Redox reactions. Weight relations in chemical reactions. Equivalent weight. STATES OF MATTER. The gaseous state. Laws of the gaseous state. The general equation of ideal gases. Real gases. The Van der Waals equation. Critical temperature. Andrews diagram. Liquid state. Evaporation process. Vapor pressure. Solid state. Ionic, covalent, molecular solids. Metals. Semiconductors. State changes. State diagrams. SOLUTIONS. Solubility. Concentration of solutions. Ideal solutions. Raoult's law. Not ideal solutions. Vapor pressure of solutions containing non-volatile solutes. The colligative properties. Electrolytic solutions. Electrolytic conductivity. Equivalent conductivity. THERMODYNAMICS. The first principle of thermodynamics. Internal energy and enthalpy. Termochimica. Hess's law. The second principle of thermodynamics. Conversion of heat into work. Entropy. Free energy. Clausius-Clapeyron equation. Spontaneity of chemical reactions. CHEMICAL EQUILIBRIUM. Law of chemical equilibrium. Effect of concentration, temperature and pressure on the equilibrium. Van't Hoff equation. Gas phase equilibria. Heterogeneous equilibria. Equilibrium in solution. Ionic product of water. Acids and bases. pH. PH calculation. Buffer solutions. CHEMICAL KINETICS. Reaction speed. Variables that influence the reaction rate. Activation energy. Catalytic and photochemical processes. ELETTROCHIMICA. Pile. Electrodes. Reference electrodes. Nernst equation. Measurement of f.e.m. of a pile. Electrolysis. Faraday's laws. Corrosion of metals. Accumulators. CHEMICAL SENSORS. Functioning principles. Chemical sensors based on metal oxide semiconductors. Gas sensors. Biosensors. MEMS sensors.