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Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari
ISTM-CNR, Università degli Studi di Padova
e-mail: [email protected]
Silvia Gross
La chimica moderna e la sua comunicazione
Master in Comunicazione delle Scienze
Dipartimenti di Scienze Chimiche e di Scienze Farmaceutiche
Università degli Studi di Padova
e-mail: [email protected]
Antonino Polimeno e Alessandro Dolmella
Chimica I
Chimica generale ed inorganica e
Chimica Fisica
Corso di Laurea in Biotecnologie
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
ATOMI E MOLECOLE
- Capire la struttura dell’atomo
- Conoscere il sistema periodico degli elementi
- Comprendere le interazioni fra atomi e molecole
- Capire natura del legame chimico e sue tipologie
- Dare un nome ai composti chimici (inorganici)
- Scrivere la formula dei composti chimici (inorganici)
- Prevedere la struttura e le proprietà molecolari in base alla formula chimica
PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE DELLA MATERIA
- Conoscenza delle proprietà macroscopiche e loro utilizzazione per prevedere le possibili trasformazioni della materia.
- Capacità di fare bilanci di energia nelle trasformazioni della materia e di individuare i processi spontanei
- Capacità di descrivere quantitativamente sistemi macroscopici complessi e di prevderene il comportamento.
TRASFORMAZIONI CHIMICHE
- Scrivere e bilanciare le equazioni chimiche
- Utilizzare il concetto di mole per fare previsioni quantitative
- Comprendere il concetto di equilibrio chimico e i fattori che lo governano
- Fare previsioni sull’evoluzione temporale di una reazione chimica
Obiettivi del corso
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
articolazione delle lezioni (I) Termodinamica
Sistemi fisici e sistemi chimici. Elementi, composti e miscele. Stati di aggregazione
Sistemi termodinamici ed ambiente. Variabili di stato estensive ed intensive. Funzioni di stato ed equazioni di stato. Equazione di
stato del gas perfetto. Gas reali. Principio zero della termodinamica: equilibrio termico. Energia e lavoro. I principio della
termodinamica: lavoro, calore ed energia interna. Entalpia. Capacità termiche. Entalpia standard di transizione di fase, di reazione
e di formazione. Legge di Hess. Ciclo di Born-Haber. Entalpia di legame. Variazione dell’entalpia standard di reazione con la
temperatura. Trasformazioni reversibili e non reversibili. II principio della termodinamica, entropia e spontaneità dei processi in
condizioni adiabatiche. Entropia e disordine: III principio della termodinamica, legge di Debye e entropia assoluta. Variazione di
entropia nei processi chimici e fisici. Energia di Helmholtz. Energia libera di Gibbs e spontaneità dei processi a temperatura e
pressione costanti. Potenziale chimico e sua variazione con la temperatura e la pressione. Spontaneità delle reazioni chimiche ed
equilibrio di reazione: energia libera di reazione. Energia libera standard di reazione e costante di equilibrio. Dipendenza della
costante di equilibrio dalla temperatura. Transizioni di fase ed equilibri di fase. Equazioni di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron.
Soluzioni ideali e legge di Raoult. Soluzioni reali e coefficiente di attività. Soluzioni diluite ideali. Proprietà colligative. Pressione
osmotica. Legge di Henry.
Cenni di elettrochimica
Celle elettrochimiche (pile) ed elettrodi. Forza elettromotrice (f.e.m.) di cella e potenziale elettrodico. Legge di Nernst e potenziale
elettrodico standard; elettrodo standard ad idrogeno. Esempi di pile e calcolo delle relative f.em. mediante tabella dei potenziali
standard di riduzione.
Cinetica chimica
Velocità di reazione e sua determinazione. Fattori che influenzano la velocità di una reazione chimica. Leggi cinetiche e loro
determinazione: metodo delle velocità iniziali e metodo dell’integrazione. Ordine di reazione: reazioni di ordine zero, di primo
ordine e di secondo ordine. Costante specifica di velocità e tempo di dimezzamento o di semi-vita. Reazioni complesse, opposte,
competitive e consecutive. Ipotesi dello stato stazionario. Meccanismi di reazione. Dipendenza della velocità di reazione dalla
temperatura, legge di Arrhenius
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
articolazione delle lezioni (II) Struttura atomica della materia
Atomi e loro struttura: Leggi di combinazione e ipotesi atomica; grandezza e massa degli atomi;elettroni, nuclei, isotopia; masse
atomiche relative e assolute; numero di massa e peso atomico. Distribuzione degli elettroni negli atomi e sistema periodico:
principio di esclusione e regola di Hund; distribuzione degli elettroni nei vari strati; occupazione degli orbitali col crescere del
numero degli elettroni.
Sistema periodico degli elementi: descrizione dei gruppi. Cenni di sistematica degli elementi.
Il legame chimico
Legame ionico; potenziali di ionizzazione; affinità elettronica; formazione di un composto ionico. Legame covalente: Ipotesi di Van't
Hoff; strutture di Lewis; allotropia e polimorfismo; mesomeria e risonanza; elettronegatività; legame di idrogeno; orbitali ibridi.
Le soluzioni
Definizione di soluzione. Processo di solubilizzazione. Modi per esprimere la concentrazione; soluzioni sature; solubilità.
Equilibrio chimico
Equilibrio chimico nelle reazioni omogenee; costante di equilibrio; equilibri in fase gassosa; equilibri in soluzione; principio di Le
Chatelier; equilibri in fase eterogenea; prodotto di solubilità.
Equilibri acido-base
Definizione di Bronsted e di Lewis; Dissociazione elettrolitica dell'acqua; acidi e basi; acidità, alcalinità, pH, acidi e basi forti; acidi e
basi deboli, idrolisi; soluzione tampone.
Equilibri eterogenei
Composti poco solubili. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune e del pH sulla solubilità.
Verranno inoltre affrontati alcuni approfondimenti relativi ad argomenti con importanti risvolti in ambito biologico e biochimico
(legami ad idrogeno, ruolo degli ioni metallici in sistemi biologici, sistemi colloidali)
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
articolazione delle lezioni (II) Struttura atomica della materia
Atomi e loro struttura: Leggi di combinazione e ipotesi atomica; grandezza e massa degli atomi;elettroni, nuclei, isotopia; masse
atomiche relative e assolute; numero di massa e peso atomico. Distribuzione degli elettroni negli atomi e sistema periodico:
principio di esclusione e regola di Hund; distribuzione degli elettroni nei vari strati; occupazione degli orbitali col crescere del
numero degli elettroni.
Sistema periodico degli elementi: descrizione dei gruppi. Cenni di sistematica degli elementi.
Il legame chimico
Legame ionico; potenziali di ionizzazione; affinità elettronica; formazione di un composto ionico. Legame covalente: Ipotesi di Van't
Hoff; strutture di Lewis; allotropia e polimorfismo; mesomeria e risonanza; elettronegatività; legame di idrogeno; orbitali ibridi.
Le soluzioni
Definizione di soluzione. Processo di solubilizzazione. Modi per esprimere la concentrazione; soluzioni sature; solubilità.
Equilibrio chimico
Equilibrio chimico nelle reazioni omogenee; costante di equilibrio; equilibri in fase gassosa; equilibri in soluzione; principio di Le
Chatelier; equilibri in fase eterogenea; prodotto di solubilità.
Equilibri acido-base
Definizione di Bronsted e di Lewis; Dissociazione elettrolitica dell'acqua; acidi e basi; acidità, alcalinità, pH, acidi e basi forti; acidi e
basi deboli, idrolisi; soluzione tampone.
Equilibri eterogenei
Composti poco solubili. Prodotto di solubilità. Effetto dello ione comune e del pH sulla solubilità.
Verranno inoltre affrontati alcuni approfondimenti relativi ad argomenti con importanti risvolti in ambito biologico e biochimico
(legami ad idrogeno, ruolo degli ioni metallici in sistemi biologici, sistemi colloidali)
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
articolazione delle lezioni (III)
Programma delle esercitazioni di stechiometria:
Stato di ossidazione, nomenclatura razionale. Reazioni chimiche; bilanciamento delle reazioni chimiche; relazioni ponderali nelle reazioni chimiche.
Soluzioni: concentrazione delle soluzioni, reazioni in soluzione. Equilibri chimici: correlazioni quantitative; principio di Le Chatelier. Dissociazione
elettrolitica; acidi e basi forti. Calcolo del pH; acidi e basi deboli: Calcolo del pH; idrolisi: Calcolo del pH; soluzioni tampone: Calcolo del pH. Equilibri
eterogenei: solubilità e prodotto di solubilità..
Esercitazioni di laboratorio:
Le esperienze di laboratorio, precedute da una lezione che illustri le principali metodologie di lavoro (preparazione di una soluzione, pesate, filtrazioni
ecc.), verranno eseguite dagli studenti in gruppi di lavoro (3 studenti per gruppo):
Procedure standard nell’attività di laboratorio (pesate, filtrazioni, separazioni ecc.)
Comportamento di alcuni composti chimici (ossidi, allotropia dello S, potere disidratante di H2SO4, reazioni eso/endotermiche, idratazione di sali
inorganici, reazioni di precipitazione e complessamento)
Sintesi di cristalli di propionato di rame
Titolazioni acido base con utilizzo di indicatori e pH-metro
Sintesi del potassio allumino solfato (allume) a partire da alluminio riciclato
Saggi alla fiamma
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
materiale didattico
appunti di lezione
lucidi di lezione:
-http://www.chimica.unipd.it/antonino.polimeno
tavola periodica
ausili didattici forniti dal docente
testi consigliati:
Testi di riferimento:
Parte di Chimica Fisica: uno dei due a scelta tra:
P. W. Atkins and J. De Paula, “Elements of Physical Chemistry”, 4rd Edition, Oxford University Press, 2005. P. W. Atkins and J. De Paula, “Elementi di
Chimica Fisica”, 3a edizione, Zanichelli, 2007.
Parte di Chimica generale: dei due a scelta tra:
Zumdahl Chemical Principles, Brooks Cole (6 Edizione)
Bandoli-Dolmella-Natile Chimica di base, EdiSes (2 Edizione)
Bruschi STECHIOMETRIA E LAB.CHIMICA GENERALE
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
organizzazione del corso
Lezioni in aula su argomenti teorici (1.10.2011-28.1.2012)
Esercizi di stechiometria relativi ad argomenti trattati (1.10.2011-28.1.2012)
Esercitazioni in laboratorio (4 mattine dal 18.1 al 23.1 e dal 23.1 al 27.1.2012)
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
attività di laboratorio
4 mattinate (8.30-12.30)
gruppi da 3-4 studenti
esperienze:
- sintesi di cristalli di propionato di rame e osservazione al microscopio
- saggi alla fiamma
- comportamento di alcuni composti chimici
- sintesi dell’allume a partire da alluminio riciclato
- titolazioni acido-base
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
appelli e modalità d’esame
da definire le date
Esame scritto con:
- domande a scelta multipla/esercizi
- 1 domanda aperta di teoria
Voto finale:
- valutazione esame scritto (90%)
- valutazione relazioni di laboratorio (10%)
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
Ricevimento studenti
Antonino Polimeno
Dipartimento di Scienze Chimiche
via Marzolo, 1 (di fronte Libreria Cortina)
Tel: 049 8275146
email: [email protected]
Alessandro Dolmella
Dipartimento di Scienze Farmaceutiche
via Marzolo, 5 (di fronte Dipartimento «G. Galilei»)
Tel: 049 8275345
email: [email protected]
Ricevimento: tutti i giorni previo appuntamento via e-mail
Nell’oggetto della mail indicare il corso di laurea di appartenenza
(per una risposta più veloce e mirata)
Tutor del Corso di Laurea
per la chimica: MAURIZIO CODEN
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
concetti utili ed utilizzati
unitá di misura del Sistema Internazionale (SI)
prefissi SI
equivalenze
logaritmi
funzioni di stato
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
unità di misura SI
Bureau International des Poids et Mesures
http://www.bipm.org/en/si/
CRC- Handbook of Chemistry & Physics
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
prefissi SI
Bureau International des Poids et Mesures
http://www.bipm.org/en/si/
CRC- Handbook of Chemistry & Physics
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
grandezze derivate SI
Bureau International des Poids et Mesures
http://www.bipm.org/en/si/
CRC- Handbook of Chemistry & Physics
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
relazione tra unità
SI e derivate
Chimica I- Chimica generale e chimica fisica a.a. 2011-2012- Laurea Triennale in Biotecnologie
principali costanti e grandezze
chimico-fisiche
Costante / grandezza Simbolo Valore
Carica elementare e 1.60217733 ×10-19 C
Constante di Boltzmann k 1.380658 ×10-23 J k-1
8.617385 ×10-5 eV K-1
Costante di Planck h 6.6260755 ×10-34 J s
4.1356692 ×10-15 eV s
Costante di Faraday F 96485.309 C mol-1
Costante molare dei gas R 8.314 510 J mol-1 K-1
Curie Ci 3.7 ×1010 Bq
Elettronvolt eV 1.6021892 ×10-19 J
Numero di Avogadro NA, L 6.0221367 ×1023 mol-1
Permettività nel vuoto e0 8.854187817 ×10-12 F m-1
Raggio dell'elettrone re 2.81794092 ×10-15 m
Raggio di di Bohr a0 5.29177249 ×10-11 m
Velocità della luce nel vuoto c 299792458 m s-1
Volume molare di un gas ideale (T = 273.15 K, p = 101.325 kPa) Vm 0.02241410 m3 mol-1