Obiettivi formativi
Al termine dell’attività formativa lo studente dovrebbe aver acquisito conoscenze e competenze di Chimica Generale e Inorganica che gli permettano di affrontare con senso critico e autonomia corsi più avanzati quali la Chimica Organica, la Biochimica e la Biologia Molecolare.
In particolare, con riferimento agli indicatori di Dublino, lo studente alla fine del corso avrà perseguito e raggiunto gli obiettivi sotto riportati.
Conoscenze e comprensione: lo studente conoscerà i concetti fondamentali della chimica necessari per interpretare a livello molecolare i fenomeni biologici.
Capacità di applicazione delle conoscenze: lo studente saprà applicare le metodologie imparate a lezione con esercitazioni di calcolo e sarà in grado di affrontare problemi di natura chimica.
Abilità comunicative: lo studente sarà in grado di esplicitare in forma verbale e scritta, utilizzando un linguaggio formale corretto, argomenti di tipo chimico.
Autonomia di giudizio: con gli strumenti intellettivi appresi nel corso, lo studente dovrebbe saper utilizzare i principi di conservazione della massa e della carica e relative applicazioni, predire della forma molecolare e interpretarne le proprietà, e analizzare le reazioni chimiche basandosi su considerazioni di tipo termodinamico e cinetico.
Capacità di apprendimento: alla fine del corso lo studente dovrebbe aver appreso i concetti di base ed essere in grado di studiare senza grosse difficoltà su testi avanzati di ambito chimico ed espandere, con un buon grado di autonomia, le proprie conoscenze nello stesso campo.
Prerequisiti
- - -
Contenuti dell'insegnamento
Il corso consta di 9 CFU dei quali 7CFU di didattica frontale e 2CFU di esercitazioni di calcolo.
Il corso teorico è diviso in quattro unità:
Unità 1: Teoria atomica e molecolare
Gli strumenti della chimica. Atomi ed elementi. Composti e molecole. Reazioni chimiche: introduzione. Le reazioni in soluzione acquosa. Termochimica.
Unità 2: Struttura dell’atomo e legame chimico
Strutture atomica e molecolare. La struttura dell’atomo. Configurazione elettronica degli atomi e periodicità. Concetti di base sul legame chimico e sulla struttura molecolare. Ulteriori concetti sul legame chimico: ibridazione di orbitali, orbitali molecolari e legame metallico.
Unità 3: Termodinamica
Stati di aggregazione della materia: i gas e le leggi che regolano il loro comportamento. Le forze intramolecolari: i liquidi e i solidi. Le soluzioni ed il loro comportamento. Il controllo delle reazioni chimiche: aspetti termodinamici e cinetici. Termodinamica: i principi della termodinamica e le loro implicazioni nel contesto chimico. La spontaneità delle reazioni. Entropia e energia libera. Equilibrio chimico: concetti generali. La chimica degli acidi e delle basi. Reazioni tra acidi e basi. Sistemi tampone. Reazioni di precipitazione. Termodinamica delle reazioni di ossidoriduzione. Elettrochimica.
Unità 4: Cinetica
Velocità e meccanismi delle reazioni chimiche. La chimica degli elementi e dei loro composti: i blocchi s e p e gli elementi di transizione di importanza biologica.
La parte di esercitazioni comprende:
Scrittura di formule chimiche dal nome di un composto e viceversa.
Bilanciamenti di reazioni chimiche.
Il concetto di mole e il suo utilizzo.
Reazioni redox. Peso equivalente. Normalità.
Concentrazioni e diluizioni.
Principi dell'analisi volumetrica.
Equilibri in soluzione: calcolo del pH.
Soluzioni tampone.
Idrolisi.
Programma esteso
Teoria atomica e molecolare
Atomi ed elementi - Composti e molecole – Nomenclatura chimica Inorganica - Reazioni chimiche: introduzione - Le reazioni in soluzione acquosa
Struttura atomica e molecolare
La struttura dell'atomo - Configurazione elettronica degli atomi e periodicità - Concetti di base sul legame chimico e sulla struttura molecolare: Teoria di Lewis e VSEPR (forma e polarità delle molecole), Teoria VB (ibridizzazione) e Teoria MO (applicazione con molecole biatomiche omo- e eteronucleari) -
Termodinamica
Stati di aggregazione della materia - I gas ed il loro comportamento - Forze intermolecolari - Termodinamica: i principi della termodinamica e le loro implicazioni nel contesto chimico – Termochimica - La spontaneità delle reazioni chimiche: l'entropia e l'energia libera di Gibbs - Equilibrio chimico: concetti generali - La chimica degli acidi e delle basi - Sistemi tampone – Solubilità -
Cinetica
Velocità di reazione – Equazioni cinetiche – Ordine di reazione – Equazione di Arrhenius – Teoria dello stato attivato - Meccanismi delle reazioni chimiche –
Esercitazioni
Stechiometria. Bilanciamento delle reazioni chimiche. Reagente limitante. Principi dell'analisi volumetrica. Equilibri in soluzione. Calcolo del pH in soluzioni di acidi e basi deboli. Soluzioni tampone. Calcoli di solubilità.
Bibliografia
Overby-Chang Introduzione alla Chimica Generale McGraw-Hill, Milano 2022
Per gli studenti che hanno difficoltà nell'affrontare i problemi stechiometrici suggersicao i seguenti due testi:
Nivaldo J. Tro Introduzione alla chimica 6/Ed. Pearson, 2018
Maurizio Bruschi Stechiometria e laboratorio di chimica generale. Eserciziario 2/Ed. Pearson, 2018
Metodi didattici
Le lezioni sono organizzate in modo da essere fruite in presenza. Gli spazi riservati sono infatti idonei ad accogliere in sicurezza tutti gli studenti, previa registrazione e prenotazione del posto secondo le modalità che vengono comunicate attraverso i canali ufficiali.
Tuttavia, per facilitare coloro che saltuariamente non abbiano la possibilità di essere presenti a lezione, viene affiancata la possibilità di fruire le lezioni anche a distanza in modalità sincrona (via Teams) e asincrona (caricando il link della lezione sul portale elly dove resterà fruibile per alcuni giorni). Si rammenta che il corso e' basato su lezioni frontali in presenza alle quali viene data la precedenza, per cui l'accesso alle modalità sincrona a distanza e/o a quella asincrona saranno subordinate alla mancanza di problematiche di tipo tecnico o di connettività che si potrebbero verificare.
Le lezioni frontali saranno supportate quindi da materiale accessibile online nel sito http://elly2020.scvsa.unipr.it/.
Modalità verifica apprendimento
I risultati dell'apprendimento sono verificati attraverso un esame finale scritto (2 ore) che consta di una serie di 13 domande a risposta aperta delle quali:
1. Quattro domande sui concetti della teoria atomica e molecolare (10 punti)
2. Tre domande sulla teoria del legame chimico (6 punti)
3. Quattro domande sulla termodinamica chimica (10 punti)
4. Due domande sulla cinetica chimica (4 punti)
Affinché l’esame sia superato tuttavia non basta accumulare 18 punti, ma lo studente dovrà ottenere almeno la metà dei punti associati a ciascuna delle quattro unità didattiche. Se oltre ad aver risposto a tutte le domande, lo scritto si presenta ordinato e lo studente mostra di avere una buona padronanza di linguaggio, viene assegnata la lode.
Qualora dovesse permanere la situazione di emergenza alla fine dell'insegnamento, l'esame sarà orale su Teams ma avrà la stessa struttura dell'esame scritto.
Altre informazioni
- - -
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
L'insegnamento di chimica generale ed inorganica può avere un impatto significativo sul raggiungimento di diversi Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG). Di seguito sono riportati alcuni esempi di come l'insegnamento di queste discipline può contribuire agli SDG:
SDG 2 - Fame zero: L'insegnamento della chimica generale ed inorganica può aiutare a comprendere le proprietà e i processi chimici legati all'agricoltura sostenibile, come l'uso responsabile dei fertilizzanti e la comprensione della chimica del suolo per migliorare la produttività agricola.
SDG 3 - Salute e benessere: La chimica generale ed inorganica è fondamentale per comprendere la struttura e le proprietà dei composti chimici utilizzati in campo medico, inclusi farmaci e agenti diagnostici. L'insegnamento di queste discipline può promuovere una comprensione più approfondita dei meccanismi di azione dei farmaci e delle interazioni tra i composti chimici e l'organismo umano.
SDG 7 - Energia accessibile e pulita: L'insegnamento della chimica generale ed inorganica può coprire temi come la produzione e l'efficienza energetica, la chimica dei materiali per le celle solari e le batterie, nonché la chimica dei processi di produzione di energia pulita come l'idrogeno.
SDG 9 - Innovazione industriale e infrastrutture: La chimica generale ed inorganica fornisce le basi per lo sviluppo di materiali innovativi e processi chimici più efficienti. Questo può contribuire all'innovazione industriale e alla creazione di infrastrutture sostenibili.
SDG 12 - Consumo e produzione responsabili: L'insegnamento della chimica generale ed inorganica può promuovere la comprensione dei principi di chimica verde, inclusi processi di sintesi chimica più sostenibili, riduzione dei rifiuti chimici e utilizzo responsabile delle risorse.
SDG 13 - Azione sul clima: La chimica generale ed inorganica può fornire conoscenze fondamentali sulle reazioni chimiche che influenzano il clima e sulle tecnologie per la mitigazione dei gas serra. Ciò può contribuire all'azione sul clima e alla ricerca di soluzioni sostenibili per affrontare i cambiamenti climatici.
In sintesi, l'insegnamento della chimica generale ed inorganica può fornire agli studenti le conoscenze e le competenze necessarie per affrontare le sfide legate agli SDG, promuovendo l'innovazione, la sostenibilità e il raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile.
