Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[3I333] - CHIMICA PER BIOINGEGNERIACHEMISTRY FOR BIOENGINEERING
MICHELA PISANI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [IT02] INGEGNERIA BIOMEDICA First Cycle Degree (3 years) - [IT02] BIOMEDICAL ENGINEERING
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: A - Base
Settore disciplinareAcademic discipline: CHIM/07 - FONDAMENTI CHIMICI DELLE TECNOLOGIE

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Italiano

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

All’allievo che accede a questo insegnamento non sono richiesti particolari prerequisiti relativi alla conoscenza dei principi fondamentali della Chimica.

A prior knowledge of the basic concepts of chemistry is not required to attend with profit this course.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Lezione Frontale: 72 ore

Hours of Frontal Lecture: 72 hours


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L'insegnamento si propone di fornire i fondamenti per la comprensione e l'interpretazione dei fenomeni chimici su cui si basano le tecnologie applicate nel settore ingegneristico. L'insegnamento è rivolto alla conoscenza della struttura e delle proprietà della materia, creando un collegamento tra il mondo microscopico e quello macroscopico.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

L'insegnamento fornirà le capacità necessarie per applicare le conoscenze acquisite all'analisi e alla comprensione di problematiche chimiche e termodinamiche nell’ambito ingegneristico, con particolare riferimento a quelle biologiche, attraverso l’uso di metodi e leggi alla base dei fenomeni chimici. Tali capacità sono acquisite dallo studente tramite lo sviluppo di esercizi guidati che richiedono l'uso dei modelli e delle metodologie descritte nelle lezioni.


Competenze trasversali.

Il corso è strutturato in modo da stimolare e sottolineare collegamenti con le altre discipline, con l’obiettivo di migliorare la capacità di apprendimento e la capacità comunicativa, attraverso la padronanza della terminologia scientifica di base. A tale scopo il corso intende stimolare gli studenti a sviluppare l’attitudine ad un ragionamento logico, basato sul metodo scientifico


Knowledge and Understanding.

The course aims to provide the foundation for a correct understanding and interpretation of chemical phenomena, upon which the technologies in use in engineering are based. The course is directed to the knowledge of the structure and properties of matter, creating a link between the microscopic and macroscopic world.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

he course will furnish the skills needed to apply the knowledge acquired to the analysis and to the comprehension of chemical problems in an engineering context, through the use of laws and methods which represent the foundation of the chemical and thermodynamic phenomena, with particular reference to the biological ones. These capabilities will be acquired by the student with the development of suitable exercises requiring the use of models and methodologies described in the lectures.


Transversal Skills.

The course is designed to stimulate and emphasize connections with the other disciplines, with the aim to improve the learning and communication capacities through the mastery of the basic scientific terminology. To this end, the course aims to encourage students to develop an aptitude for logical reasoning, based on the scientific method



PROGRAMMA PROGRAM

Materia e sua struttura: sostanze, proprietà, sistemi, fasi e trasformazioni. Simboli, formule, equazioni. Conservazione della massa, massa atomica relativa, molecolare, equivalente e mole. Il numero di Avogadro. Struttura dell’atomo.Nuclidi e decadimenti radioattivi. L’esperimento di Rutherford. Principio di Indeterminazione di Heisenberg e equazione di De Broglie. Quantizzazione,funzioni d’onda, equazione di Schroedinger eorbitali. Sistema periodico e proprietà periodiche. Teoria del legame di valenza: energia,angolo e distanza di legame. Ibridazione e geometria molecolare; momento di dipolo e molecole polari. Orbitali molecolari (LCAO). Legame nei metalli e conducibilità elettrica nei materiali: conduttori, semiconduttori ed isolanti; cenni al drogaggio. Legame ionico e energia reticolare. Legami deboli: ponti idrogeno, forze di Van derWaals e di London. Gli stati di aggregazione. Solidi ionici, covalenti, molecolari e metallici. Cristalli: proprietà e difetti. Liquidi:pressione di vapore, soluzioni ideali e reali.Concentrazioni: molarità, normalità, frazione molare, percentuali in volume ed in peso, parti per milione. Gas ideali e reali: equazioni di stato eliquefazione. Trasformazioni chimiche. Termodinamica: trasformazioni reversibili e irreversibili. Primo Principio e Termochimica: Energia Interna ed Entalpia Standard di reazione, di formazione, di combustione, di soluzione e di transizione di fase. Legge di Hess. Secondo Principio e Entropia. Probabilità Termodinamica di Stato. Terzo Principio. Spontaneità ed energia libera di Gibbs. Equilibrio chimico e costante di equilibrio. Isoterma di Van’tHoff, principio di Le Chatelier e dipendenza della costante dalla temperatura. Equilibri i in fase gassosa e in soluzione. Equilibri ionici in soluzione acquosa: acidi, basi e pH. Sali: idrolisi e prodotto di solubilità. Equilibri tra fasi. Diagrammi di stato ad uno e due componenti con e senza lacune di miscibilità. Curve di raffreddamento,Equazione di Clausius-Clapeyron e Regola di Gibbs. Termodinamica elettrochimica e pile: doppio strato elettrico, forza elettromotrice ed equazione di Nernst. Scaladei potenziali redox. Corrosione nei metalli. Elettrolisi e leggi di Faraday: forza controelettromotrice e sovratensione. Cinetica chimica: velocità, molecolarità ed ordine di reazione. Meccanismi di reazione, teoria dello stato di transizione ed energia di attivazione. Equazione di Arrhenius. Catalisi omogenea ed eterogenea.

Matter and its structure: substances, properties, systems, phases and transformations. Symbols, formulas, equations. Mass conservation, relative atomic, molecular, and equivalent mass; mole. Avogadro's number. Atomic structure. Nuclides and radioactive decays. The Rutherford experiment. Heisenberg Uncertainty Principle and De Broglie equation. Quantization, wavefunction, Schroedinger equation and orbitals. Periodic table and properties. Valence bond theory: energy, angle and bond length. Hybridization and molecular geometry; dipole moment and polar molecules. Molecular orbitals (LCAO). Bonding in metals and electrical conductivity in materials: conductors, semiconductors and insulators; mentions on doping. Ionic bond and lattice energy. Intermolecular interacrions: hydrogen bonds, Van der Waals and London forces. The states of matter. Ionic, covalent, molecular and metallic solids. Crystals: properties and defects. Liquids: vapor pressure, ideal and real solutions. Concentrations: molarity, normality, mole fraction, percentages by volume and by weight, parts per million. Ideal and real gases: state equations and liquefaction. Chemical transformations. Thermodynamics: Reversible and irreversible transformations. First Principle and Thermochemistry: Internal Energy and Standard Enthalpy of Reaction, formation, combustion, solution and phase transition. Hess's Law. Second Principle and Entropy. Probability Thermodynamics State. Third Principle. Spontaneity and Gibbs Free Energy. Chemical equilibrium and equilibrium constant. Van't Hoff equation, Le Chatelier's principle and temperature dependence of the equilibrium constant. Gas phase and solution Equilibria. Aqueous solutions Ionic equilibria: acids, bases and pH. Salts: hydrolysis and solubility product. Phases Equilibria. Phase diagrams with one and two components with and without miscibility lacunae. Cooling curves, Clausius-Clapeyron Equation and Gibbs’ Rule. Electrochemical Thermodynamics: double layer, electromotive force and Nernst equation. The redox potentials scale. Corrosion in metals. Electrolysis and Faraday's laws: opposite electromotive force and overvoltage. Chemical kinetics: reaction rate and order. Reaction mechanism, transition state theory and activation energy. Arrhenius equation. Homogeneous and heterogeneous catalysis


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

La valutazione avviene tramite prova scritta ed orale. Nella prova scritta lo studente deve affrontare problemi di stechiometria e rispondere a domandedi tipo teorico. Nella prova orale allo studente si chiede di discutere la propria prova scritta e diesporre i principali concetti della Chimica di base sviluppati nell’ambito del corso.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Nelle prove d'esame, lo studente deve dimostrare le proprie conoscenze chimiche di base, e di essere in grado di sviluppare ragionamenti adeguati alla loro applicazione; deve inoltre dimostrare sufficiente capacità di sintetizzare ed esporre con chiarezza idee, concetti e eventuali soluzioni a problemi chimici tipici dell’ingegneria


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Viene valutata, durante le prove d'esame, la capacità dello studente di impostare e sviluppare ragionamenti perinterpretare i problemi chimici di base,tipici dell’ingegneria che gli vengono posti.


Criteri di attribuzione del voto finale.

ll voto finale risulta dalla media delle valutazioni della prova scritta e quella orale. La votazione massima, pari a trenta punti su trenta con lode, è assegnata agli studenti che dimostrino, nelle due prove d'esame, piena capacitànell’interpretazione dei fenomeni chimici di base e nell'impostare processi logici per la comprensione di problematiche chimiche legate all’ingegneria. La votazione minima, pari a diciotto punti su trenta, è assegnata agli studenti che dimostrino sufficientecapacitànell’interpretazione dei fenomeni chimici di base e nell'impostare processi logici per la comprensione di problematiche chimichelegate all’ingegneria.


Learning Evaluation Methods.

The method consists in a written test and an oral exam. In the written test, the students must solve stoichiometry problems and answer to selected theoretical questions. In the oral exam students are asked to discuss their written test, and to present the main concepts of basic chemistry developed during the course.


Learning Evaluation Criteria.

During the exams, the students must demonstrate their basic chemical knowledge, and must be able to develop appropriate reasoning for their applications; they must also demonstrate sufficient capabilities to synthesize and clearly present ideas, concepts and possible solutions to basic chemical problems typical in engineering.


Learning Measurement Criteria.

During the examinations the student's ability is evaluated in order to set and develop reasoning to interpret the basic chemical problems typical in engineering.


Final Mark Allocation Criteria.

The final mark arises from the average of the written and oral exams. The maximum vote, equal to thirty points (cum laude) out of thirty, is assigned to students who demonstrate, in both exams, full capability in the interpretation of the basic chemical phenomena and in the logical processes setting for the understanding of basic chemical problems related to engineering. The minimum mark, equal to eighteen points out of thirty, is assigned to students who demonstrate sufficient capability in the interpretation of the basic chemical phenomena, and in the t logical processes setting for the understanding of basic chemical problems related to engineering.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

M. Schiavello, L. Palmisano, “Fondamenti di Chimica”, Edises;
L. Laird, “Chimica Generale”, McGraw-Hill;
R. Michelin, A. Munari, “Fondamenti di Chimica”, CEDAM
Stechiometria:
A. Caselli, S. Rizzato, F. Tessore, “Stechiometria”, EdiSES
Moodle: https://learn.univpm.it/course/view.php?id=6987

M. Schiavello, L. Palmisano, “Fondamenti di Chimica”, Edises;
L. Laird, “Chimica Generale”, McGraw-Hill;
R. Michelin, A. Munari, “Fondamenti di Chimica”, CEDAM
Stechiometria:
A. Caselli, S. Rizzato, F. Tessore, “Stechiometria”, EdiSES
Moodle:https://learn.univpm.it/course/view.php?id=6987


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2018-2019
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2018-2019

 


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