Università degli studi dell'Insubria

CHIMICA GENERALE E ORGANICA

A.A. di erogazione 2019/2020
Insegnamento obbligatorio

 (A.A. 2019/2020)
L'insegnamento è composto da diversi moduli, consultare il dettaglio nella sezione Moduli.
Anno di corso: 
1
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
12
Ore di attivita' frontale: 
96

Modulo di chimica generale:
L'insegnamento si propone di fornire le basi per la comprensione delle proprietà macroscopiche della materia, partendo dalla struttura di atomi e molecole e dalle loro proprietà chimico-fisiche e consentendo familiarizzazione con il linguaggio e la metodologia scientifica relativa ai fenomeni chimici. Lo studente acquisirà i criteri per comprendere la capacità di una sostanza di reagire, del modo in cui questo avviene facendo riferimento agli scambi energetici che ne derivano e alla cinetica associata, e il comportamento dei sistemi chimici in soluzione acquosa.
Al termine del corso lo studente acquisirà gli strumenti necessari per maneggiare i concetti fondamentali della Chimica Generale che gli permetteranno di affrontare lo studio della Chimica Organica e della Chimica Analitica e più in generale di altre materie del corso di Laurea che contemplano la conoscenza e l’interpretazione chimica dei fenomeni naturali ed ambientali. Dovrà essere in grado di comprendere e discutere gli aspetti chimici di base riguardanti tali fenomeni e pertanto mostrare capacità di integrazione a livello multidisciplinare e capacità di utilizzo della corretta terminologia scientifica.
Lo studente dovrà essere in grado di conoscere la struttura degli atomi e, attraverso questa, dovrà dimostrare di comprendere le tipologie di legami chimici dei composti risultanti, le relative proprietà chimico-fisiche e reattività. Dovrà essere in grado di riconoscere le interazioni tra atomi e tra molecole per comprendere i vari stati di aggregazione della materia e le energie associate alle loro trasformazioni fisiche e chimiche, anche in soluzione acquosa. Infine, dovrà sviluppare la capacità di descrivere analiticamente, simulare, analizzare e risolvere problemi di interesse chimico con risvolti ambientali e/o naturali.
Inoltre, lo studente dovrà essere in grado di elaborare ed applicare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso negli insegnamenti successivi che abbiano come prerequisiti le conoscenze delle basi della Chimica Generale e di applicare il metodo di indagine scientifico. Dovrà essere in grado di comprendere e discutere gli aspetti chimici di base riguardanti i processi attivi nell’ambiente e nella natura e pertanto mostrare capacità d’integrazione a livello multidisciplinare e capacità di utilizzo della corretta terminologia scientifica.

Modulo di chimica organica:
Lo studente dovrà essere in grado di riconoscere i gruppi funzionali della chimica organica di base e di dare alle molecole proposte la corretta nomenclatura secondo le regole IUPAC. Di ciascun gruppo funzionale dovrà poter indicare la reattività principale sulla base della polarizzazione dei legami, sui concetti di Elettrofilo e Nucleofilo e cariche presenti. Per meglio comprendere la reattività saranno proposti i meccanismi delle reazioni più comuni mettendo in risalto il concetto di acidità e basicità, di catalisi e quello di risonanza

Modulo di chimica generale:
Conoscenze elementari di matematica e di fisica acquisite durante gli anni della scuola media superiore.

Modulo di chimica organica:
Conoscenze di rapporti stechiometrici, acidità e basicità e di elettronegatività di atomi o gruppi acquisiti nel corso di chimica generale.

Atomi, molecole e ioni (8 ore)
Sostanze elementari, miscele e composti. Teoria atomica di Dalton, leggi delle combinazioni chimiche. Tavola periodica di Mendeleev. Atomi, elementi chimici e isotopi. La moderna tavola periodica. Molecole, composti e formule molecolari. Massa molecolare, peso formula. Numero di Avogadro e concetto di mole. Nomenclatura dei composti. Stechiometria e bilanciamento delle equazioni chimiche.
Costituzione e proprietà della materia (12 ore)
Struttura atomica e cenni di meccanica quantistica: effetto fotoelettrico, relazione di De Broglie, principio di indeterminazione di Heisenberg, cenni all’equazione di Schrödinger. Numeri quantici e orbitali atomici. Struttura elettronica e proprietà degli atomi: principio di Pauli, regola di Hund e “aufbau prinzip”. Proprietà periodiche degli elementi.
Legame ionico, covalente e metallico. Simboli e struttura di Lewis. Regola dell’ottetto. Risonanza. Geometria delle molecole secondo la VSEPR. Teoria del legame di valenza. Ibridazione e numero sterico. Elettronegatività secondo Pauling e polarità delle molecole. Interazioni fra molecole. Legame a idrogeno. Forze intermolecolari deboli.
Stati di aggregazione della materia (5 ore)
Proprietà dei gas. Equazione di stato dei gas ideali. Miscele di gas e pressioni parziali. Gas non ideali.
Proprietà dei liquidi. Transizione di stato ed equilibri di fase. Tensione di vapore. Tensione superficiale. Viscosità. Descrizione qualitativa dei diagrammi di stato dell’acqua e dell’anidride carbonica. Processo di dissoluzione e tipologie di solventi di uso più comune. Principi di solubilità. Leggi di Roult e di Henry.
Trasformazioni chimiche in soluzione acquosa (8 ore)
Definizioni di acidi e basi secondo Arrhenius, Bronsted-Lowry. Elettroliti forti e deboli. Prodotto ionico dell’acqua, pH, pOH, pKw. Costanti di dissociazione e forza degli acidi e delle basi. Grado di ionizzazione. Acidi poliprotici. Effetto ione comune. Reazioni tra acidi e basi. Idrolisi di sali. Calcolo del pH. Soluzioni tampone. Prodotti di solubilità.
Controllo delle reazioni chimiche (9 ore)
Primo principio della termodinamica. Concetti generali di Termochimica ed energia nelle reazioni chimiche. Funzione di stato entalpia e legge di Hess. Entalpia di formazione, di reazione e di combustione. Secondo e terzo principio della termodinamica: funzione di stato entropia e funzione di stato energia libera di Gibbs. Spontaneità di una reazione chimica.
Cinetica Chimica. Velocità di una reazione chimica. Meccanismo di reazione. Energia di attivazione. Catalisi.
Equilibrio chimico. Legge di azione di massa. Costante di equilibrio. Principio dell'equilibrio mobile di Le Châtelier.
Elettrochimica (6 ore)
Reazioni di ossido riduzione. Celle elettrochimiche. Potenziali standard di riduzione. Energia libera e f.e.m. Equazione di Nernst. F.e.m. e costante di equilibrio.
Struttura delle molecole organiche: legami semplici, doppi e tripli. Ibridazione del C, N ed O (sp3, sp2, sp). Lunghezze ed energie di legame. Elettronegatività e polarizzazione di un legame. Effetto della polarizzazione sulla reattività. Concetto di elettrofilo e di nucleofilo.
Gruppi funzionali: struttura e nomenclatura IUPAC.
Concetto di risonanza e aromaticità.
Nomenclatura di molecole contenenti due o più gruppi funzionali: scala di priorità dei gruppi funzionali.
Stereochimica.
Gruppi funzionali: Reattività.
ALCANI.
ALCHENI.
ALCHINI.
REATTIVITA DEL BENZENE.
ALOGENURI ALCHILICI.
ALCOLI.
COMPOSTI CARBONILICI.
ACIDI CARBOSSILICI E DERIVATI (Alogenuri acilici, Esteri, Ammidi, Anidridi).

Il corso prevede 48 ore di lezioni frontali, durante le quali verranno anche proposti esercizi da risolvere in aula. Le lezioni saranno svolte mediante supporto di diapositive PPT.

Il voto finale sarà dato dalla media dei voti conseguiti nei moduli di chimica generale e di chimica organica.

Modulo di chimica generale:
La verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta basata sia su domande a risposta aperta relative agli argomenti di teoria che sulla risoluzione di problemi di stechiometria. A ciascuna domanda è associato un punteggio esplicitamente indicato.
Le domande concernenti gli argomenti di teoria sono volte ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione degli argomenti trattati, nonché la capacità di esporre ricorrendo alla terminologia scientifica appropriata e di organizzazione logica della trattazione dell’argomento.
La risoluzione dei problemi di stechiometria è finalizzata a verificare la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche a problemi chimici numerici e a verificare le capacità logico-deduttive acquisite.
L’esame si ritiene superato con un voto ≥ 18/30.

Modulo chimica organica
L'esame consiste in una prova scritta con domande aperte mirate ad accertare la preparazione su tutto il programma svolto.

Tro, “Chimica. Un approccio molecolare” Ed. EdiSES.
FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA, J.C. Smith - McGraw-Hill Education