Obiettivi Formativi

Fare acquisire le nozioni di base relative al concetto di atomo, teorie del legame e correlazione con la reattività chimica. Fornire conoscenze sulle nozioni fondamentali inerenti la chimica delle soluzioni e il concetto di equilibrio chimico. Comprendere gli aspetti quantitativi delle reazioni chimiche attraverso lo sviluppo di equazioni stechiometriche

Learning Goals

Acquisition of conceptual knowledge related to the concept of atom, bond theories and correlation with chemical reactivity. To acquire basic knowledge on the chemistry of solutions and the concept of chemical equilibrium. To learn the quantitative aspects of chemical reactions through the development of stoichiometric equations

Metodi didattici

Le lezioni si svolgeranno per mezzo di proiezioni sia di diapositive che di filmati, oltre ad animazioni da programmi di calcolo e visualizzazione di molecole. Il Corso prevede esercitazioni in aula, volte sia all'applicazione delle nozioni teoriche fornite a lezione (esercizi) sia all'approfondimento di alcuni aspetti teorici. Il materiale multimediale utilizzato durante le lezioni verrà reso progressivamente disponibile agli studenti.

Teaching Methods

The lessons will be held through projections of both slides and videos, as well as by means of animations and three-dimensional visualization of atoms and molecules. Teaching includes classroom exercises, aimed both at the application of the theoretical notions provided and at the deepening of some theoretical aspects. The multimedia contents used during the lectures will progressively be made available to the students.

Prerequisiti

Conoscenze scolastiche per quanto concerne le discipline coinvolte nel corso

Prerequisites

School knowledge regarding the disciplines involved in the course

Verifiche dell'apprendimento

The lessons will be held through projections of both slides and videos, as well as by means of animations and three-dimensional visualization of atoms and molecules. Teaching includes classroom exercises, aimed both at the application of the theoretical notions provided and at the deepening of some theoretical aspects. The multimedia contents used during the lectures will progressively be made available to the students.

Assessment

The assessment of learning takes place exclusively through a final exam consisting of an oral examination that is intended to assess effective understanding of the topics addressed by the course with final marks that will be reported in x/30, to acquire the corresponding CFUs. In addition, to allow the student to self-evaluate his degree of learning, an optional preliminary written test (having no marks) will be provided focused on the basic topics of the program.

Programma del Corso

La materia e la sua misura - La struttura dell’atomo - Il sistema periodico - Il legame chimico - Numero di ossidazione, nomenclatura e reazioni chimiche - Lo stato gassoso - Termodinamica - Lo stato solido e lo stato liquido - Diagrammi di fase - Equilibrio Chimico - Acidi e basi - Equilibri nelle soluzioni acido-base - Equilibri di solubilità e formazione di ioni complessi – Elettrochimica - Cinetica chimica. Programma esteso: La materia, sue proprietà e misura: tipi di materia, proprietà delle sostanze, concetto di mole. La struttura dell’atomo: la scoperta dell’elettrone, del protone e del neutrone e loro caratteristiche - Modelli atomici di Thomson e di Rutherford - Numero atomico, numero di massa, isotopi - Spettri atomici e modello di Bohr - Principio di indeterminazione e modello ondulatorio di Schrodinger - Orbitali atomici e loro rappresentazione - Atomi polielettronici e loro struttura elettronica. Il sistema periodico: proprietà chimiche degli elementi e loro periodicità - Rappresentazione del sistema periodico - La struttura della tavola periodica - Descrizione della tavola periodica - Proprietà periodiche degli elementi - Dimensioni atomiche - Energia di ionizzazione - Affinità elettronica - Elettronegatività. Il legame chimico: energia di legame - Tipi di legami chimici - Legame Ionico - Legame covalente - Strutture di Lewis e regola dell’ottetto - Risonanza - Cariche formali - Legame dativo - Teoria del legame di valenza - Orbitali ibridi - Teoria VSEPR - Teoria dell’orbitale molecolare - Legame metallico - Interazioni deboli. Numero di Ossidazione, Nomenclatura e Reazioni chimiche: numero di ossidazione - Nomenclatura IUPAC - Bilanciamento delle reazioni chimiche. Lo stato gassoso: generalità sullo stato gassoso - Legge di Boyle - Legge di Charles - Legge di Gay-Lussac - Equazione generale di stato dei gas ideali - Miscele gassose, pressioni parziali e Legge di Dalton - Teoria cinetica dei gas - Equazione di van der Waals. Termodinamica chimica (cenni): variabili e funzioni di stato - Primo principio e conservazione dell’energia - Energia interna ed entalpia – Termochimica - Secondo e terzo principio -Trasformazioni spontanee - Energia di Gibbs. Elettrochimica (cenni): ioni in soluzione - Celle elettrochimiche - Processi agli elettrodi - Tipi di elettrodo - Potenziali standard. Lo stato solido e lo stato liquido: viscosità - Tensione superficiale - Capillarità - Evaporazione - Tensione di vapore - Punto di ebollizione e distillazione - Trasferimento di calore nei liquidi - Punto di fusione - Trasferimento di calore nei solidi -Sublimazione e tensione di vapore dei solidi - Diagrammi di stato - Solidi amorfi e solidi cristallini - Strutture cristalline. Le soluzioni e le loro proprietà fisiche: modi di esprimere la concentrazione di una soluzione - Forze intermolecolari e processo di dissoluzione - Formazione di soluzioni ed equilibrio - Solubilità dei gas - Tensione di vapore nelle soluzioni e legge di Raoult - Proprietà colligative. Equilibrio Chimico dei gas: la natura dello stato di equilibrio - L’espressione della costante di equilibrio - Relazioni che coinvolgono le costanti di equilibrio - Il valore della costante di equilibrio - Alterazione delle condizioni di equilibrio: il principio di Le Châtelier. Acidi e basi: teoria di Brønsted-Lowry - Auto-ionizzazione dell’acqua e scala del pH e pOH - Acidi e Basi forti - Acidi e basi deboli - Acidi poliprotici - Proprietà acido-base delle soluzioni saline. Equilibri nelle soluzioni acido-base: I tamponi - Indicatori e titolazioni acido-base. Equilibri di solubilità: costante del prodotto di solubilità, Kps - Relazione tra solubilità e Kps - Effetto dello ione comune negli equilibri di solubilità - Criteri per la precipitazione e sua completezza - Solubilità e pH - Equilibri che coinvolgono ioni complessi. Cinetica chimica (cenni): principi, velocità di reazione - Costante di velocità, ordine di reazione - Molecolarità - Tempo di dimezzamento - L’effetto della temperatura sulle velocità di reazione.

Course Syllabus

Matter and its measurement - The structure of the atom - Periodic table of the elements - Chemical bonding - Oxidation number, chemical nomenclature, and chemical reactions - The gaseous state - Chemical thermodynamics- The solid state and the liquid state - Phase diagrams - Principles of chemical equilibrium - Acids and bases - Additional aspects of acid-base equilibria - Solubility and complex-ion equilibria -Electrochemistry - Chemical kinetics. Extended programme: Matter, its properties and measurement: types of matter, properties of substances, concept of mole. The structure of the atom: the discovery of the electron, the proton and the neutron and their characteristics - Thomson’s and Rutherford's Atomic Model - Atomic number, mass number, isotopes - Atomic spectra and Bohr model - Uncertainty principle and the wave mechanical model of Schrodinger - Atomic orbitals and their representation - Polyelectronic atoms and their electronic structure. The periodic system: chemical properties of the elements and their periodicity - Representation of the periodic system - The structure of the periodic table - Description of the periodic table - Periodic properties of the elements - Atomic dimensions - Ionization energy - Electron affinity - Electronegativity. The chemical bonding: bond energy - Types of chemical bonds - Ionic bonding - Covalent bonding - Lewis structures and the octet rule - Resonance - Formal charges - Dative bonding - Valence bond theory - Hybrid orbitals - VSEPR theory - Molecular orbital theory - Metallic bonding - Weak interactions. Oxidation Number, Nomenclature and Chemical Reactions: oxidation number - IUPAC nomenclature - Balancing of chemical equations. The gaseous state: overview on the gaseous state - Boyle's law - Charles's law - Gay-Lussac's law - General equation of state for ideal gases - Gas mixtures, partial pressures and Dalton's law - Kinetic theory of gases - Van der Waals equation. Chemical thermodynamics (outline): state variables and functions - First law and conservation of energy - Internal energy and enthalpy - Thermochemistry - Second and third law - Spontaneous transformations - Gibbs energy. Electrochemistry (outline): ions in solution - Electrochemical cells - Processes at electrode surface - Kinds of electrodes - Standard potentials. The solid and the liquid state: viscosity - Surface tension - Capillary action - Evaporation - Vapor pressure - Boiling points and distillation - Heat transfer involving liquids - Melting point - Heat transfer involving solids - Sublimation and the vapor pressure of solids - Phase diagrams - Amorphous solids and crystalline solids - Structures of crystals. Solutions and their physical properties: solution concentration - Intermolecular forces and the solution process - Solutions formation and equilibrium - Solubilities of gases - Vapor pressures of solutions and Raoult law - Colligative properties. Chemical equilibrium in the gas phase: the nature of the equilibrium state - The equilibrium constant expression - Relationships involving equilibrium constants - The magnitude of an equilibrium constant - Altering equilibrium conditions: le Châtelier’s principle. Acids and bases: Brønsted-Lowry acid base theory - Self-ionization of water and the pH and pOH scale - Strong acids and bases - Weak acids and bases - Polyprotic acids - Acid-base properties of salt solutions - Buffer solutions - Acid-base indicators and titration curves. Solubility equilibria: solubility product constant, Kps - Relationship between solubility and Kps - Common-ion effect in solubility equilibria - Criteria for precipitation and its completeness - Solubility and pH - Equilibria involving complex ions. Chemical Kinetics (outline): principles, rate of reaction - Rate constant, Order of reaction – Molecularity - Half-life - The effect of temperature on reaction rates.