Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[3I018] - CHIMICACHEMISTRY [Cognomi M-Z]
Pierluigi STIPA
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [IT05] INGEGNERIA MECCANICA First Cycle Degree (3 years) - [IT05] MECHANICAL ENGINEERING
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2019-2020
Anno regolamentoAnno regolamento: 2019-2020
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

Non sono richiesti prerequisiti

No prerequisites required


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Lezioni di Teoria, 72 ore

Theory lessons, 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 fornisce le capacità necessarie per applicare le conoscenze acquisite all'analisi e alla comprensione di problematiche chimiche nell’ambito ingegneristico, 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.

L'insegnamento 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 l’insegnamento 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.

The course provides 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 phenomena. 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 struttura della materia: sostanze, proprietà, sistemi, fasi e trasformazioni. Il linguaggio della chimica. Simboli, formule, equazioni. Le basi quantitative. La legge di conservazione della massa e della massa - energia. Unità di massa atomica. I concetti di massa atomica relativa, massa molecolare, mole, massa equivalente. Il numero di Avogadro. L’atomo. Nucleo ed elettroni. Numero atomico e numero di massa. Nuclidi e decadimenti radioattivi. La struttura dell’atomo. L’esperimento di Rutherford. Il principio di indeterminazione di Heisenberg e l’equazione di De Broglie. La quantizzazione e i numeri quantici. Le funzioni d’onda e l’equazione di Schroedinger. Gli orbitali. Il sistema periodico degli elementi e proprietà periodiche. Raggio atomico, volume atomico, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, carattere metallico. Il legame chimico secondo la teoria del legame di valenza. Energia di legame, angolo di legame, distanza di legame. Il modello del legame ionico e l’energia reticolare. Il legame covalente: l’ibridazione degli orbitali e la geometria delle molecole; il momento di dipolo e le molecole polari. Teoria dell’orbitale molecolare (LCAO). Il legame metallico e la conducibilità elettrica nei materiali: conduttori, semiconduttori ed isolanti; cenni al drogaggio. I legami deboli: ponti idrogeno, forze di Van der Waals e di London. Gli stati di aggregazione della materia. Solidi ionici, covalenti, molecolari e metallici. Reticoli cristallini. Proprietà e difetti dei cristalli. I liquidi e le soluzioni: pressione di vapore, soluzioni ideali e reali; espressioni della concentrazione: molarità, normalità, frazione molare, percentuali in volume ed in peso, parti per milione. I gas: il modello dei gas ideali e le equazioni di stato. La liquefazione dei gas. I gas reali e le equazioni di stato. Le trasformazioni chimiche. Elementi di termodinamica: trasformazioni reversibili e irreversibili. Il primo principio e la termochimica: le funzioni energia interna ed entalpia. Entalpia ed entalpia standard di reazione, di formazione, di combustione, di soluzione, di transizione di fase. La legge di Hess. Il secondo principio della termodinamica e la funzione entropia. Probabilità termodinamica di stato. Il terzo principio. Spontaneità di un processo ed energia libera di Gibbs. L’equilibrio chimico. La costante di equilibrio. L’isoterma di Van’t Hoff. Il principio di Le Chatelier. Dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura. Equilibri omogenei in fase gassosa e in soluzione. L’equilibrio ionico in soluzione acquosa: il concetto di acido e base; il pH. I sali: idrolisi e prodotto di solubilità. Equilibri eterogenei. Equilibrio tra fasi. Diagrammi di stato ad uno e due componenti con e senza lacune di miscibilità, sistemi azeotropici, eutettici e peritettici. L’equazione di Clausius-Clapeyron. Curve di raffreddamento. Regola delle Fasi di Gibbs. Cenni di termodinamica elettrochimica. Le pile: teoria del doppio strato elettrico; forza elettromotrice di una pila ed equazione di Nernst. Elettrodi di riferimento e potenziali redox. Il fenomeno della corrosione nei metalli. L’elettrolisi e le leggi di Faraday: forza controelettromotrice e sovratensione. Cinetica chimica. Concetti di velocità, molecolarità ed ordine di reazione. Reazioni di primo e di secondo ordine. Il meccanismo di reazione, teoria dello stato di transizione ed energia di attivazione. Equazione di Arrhenius. Catalisi: esempi di catalisi omogenea ed eterogenea.

Matter and the structure of matter: substances, properties, systems, phases and transformations. The language of chemistry. Symbols, formulas, equations. The quantitative basis. The mass conservation law and of the mass – energy: atomic mass unit. The concepts of atomic mass relative molecular mass, mass, mass equivalent. The Avogadro's number. The atom concept. Nucleus and electrons. Atomic number and mass number. Nuclides and radioactive decays. The atom structure. The Rutherford experiment. The Heisenberg Uncertainty Principle and the De Broglie equation. The quantization and quantum numbers. The wavefunctions and the Schroedinger equation. Orbitals. The periodic table of the elements and periodic properties: atomic radius, atomic volume, ionization energy, electron affinity, electronegativity, metallic character. The chemical bond according to the theory of the valence bond: bond energy, bond angle, bond distance. The model of the ionic bond and the lattice energy. The covalent bond: the hybridization of the orbitals and molecular geometry; dipole moment and polar molecules. Molecular Orbital Theory (LCAO). Bonding in metals and electrical conductivity in materials: conductors, semiconductors and insulators; doping examples. The intermolecular bonding: hydrogen bonds, Van der Waals and London interactions. The states of matter. Solid state: ionic solids, covalent, molecular and metallic. Crystal lattices. Properties and defects in crystals. Liquids and liqiod solutions: vapor pressure, ideal and real solutions; concentration expressions: molarity, normality, mole fraction, percentages by volume and by weight, parts per million. The gases: the model of the ideal gas and state equation. The liquefaction of gases. Real gases and their state equations. Chemical transformations. Elements of Thermodynamics: Reversible and irreversible transformations. The First Principle of Thermodynamics and Thermochemistry: Internal Energy and Enthalpy. Enthalpy and Standard Enthalpy of reaction, of Formation, Combustion, Solution, and phase transition. The Hess law. The Second Law of Thermodynamics and the Entropy Function. Probability of State Thermodynamics. The Third Principle. Spontaneity of a process and Gibbs Free Energy. The chemical equilibrium. The equilibrium constant. The Van't Hoff isotherm. The Le Chatelier principle. Dependence of the equilibrium constant on temperature. Homogeneous equilibria in the gas phase and in solution. The ionic equilibrium in aqueous solution: the concept of acid and base; pH. The salts: hydrolysis and solubility product. Heterogeneous equilibria. Equilibria between phases. Phase diagrams for one and two components with and without miscibility lacunae: azeotropic, eutectic and peritectic systems. The Clausius-Clapeyron equation. Cooling curves. The Gibbs Rule Phases. Elements of electrochemical thermodynamics. Batteries: the theory of the electrical double layer; electromotive force of a battery and Nernst equation. Reference electrodes and redox potentials. The phenomenon of corrosion in metals. Electrolysis and Faraday's laws: electromotive force and voltage. Chemical kinetics: concept of speed, and reaction order: first and second order reactions. The reaction mechanism, transition state theory and activation energy. Arrhenius equation. Catalysis: examples of homogeneous and heterogeneous catalysis.


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

La valutazione avviene tramite una prova scritta ed una orale nell’ambito del medesimo appello. Nella prova scritta lo studente deve affrontare problemi di stechiometria e rispondere a domande di tipo teorico.
Nella prova orale allo studente si chiede di discutere la propria prova scritta e di esporre 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.

I voti sono attribuiti in trentesimi, con eventuale lode.


Criteri di attribuzione del voto finale.

Il 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 capacità nell’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 sufficiente capacità nell’interpretazione dei fenomeni chimici di base e nell'impostare processi logici per la comprensione di problematiche chimiche legate all’ingegneria.


Learning Evaluation Methods.

The assessment takes place through a written and an oral test within the same scheduled exam.
In the written test, students must deal with 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 within the course.


Learning Evaluation Criteria.

In the course of the exams, 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.

Marks are expressed on a scale of 30/30, with eventual praise.


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 to set logical processes 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 of interpretation of the basic chemical phenomena, and to set logical processes for the understanding of basic chemical problems related to engineering.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

P. Chiorboli, “Fondamenti di Chimica”, Utet
M. Schiavello, L. Palmisano, “Fondamenti di Chimica”, Edises
M. S. Silberberg, P. Amateis, “CHIMICA”, McGraw Hill
R. H. Petucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette, “Chimica Generale”, Piccin
L. Laird, “Chimica Generale”, McGraw-Hill
P. Atkins, L. Jones, “Principi di Chimica”, Zanichelli
D. W. Oxtoby, H. P. Gillis, Campion, H. H. Helal, K. P. Gaiter, “Chimica Moderna”, Edises
S. S. Zumdahl, “Chimica”, Zanichelli
K. W. Whitten, R. E. Davis, M. L. Peck, G. G. Stanley, "Chimica", Piccin

Ulteriore materiale didattico sarà messo a disposizione dal docente nella pagina apposita della Piattaforma Moodle
https://learn.univpm.it/

P. Chiorboli, “Fondamenti di Chimica”, Utet
M. Schiavello, L. Palmisano, “Fondamenti di Chimica”, Edises
M. S. Silberberg, P. Amateis, “CHIMICA”, McGraw Hill
R. H. Petucci, F. G. Herring, J. D. Madura, C. Bissonnette, “Chimica Generale”, Piccin
L. Laird, “Chimica Generale”, McGraw-Hill
P. Atkins, L. Jones, “Principi di Chimica”, Zanichelli
D. W. Oxtoby, H. P. Gillis, Campion, H. H. Helal, K. P. Gaiter, “Chimica Moderna”, Edises
S. S. Zumdahl, “Chimica”, Zanichelli
K. W. Whitten, R. E. Davis, M. L. Peck, G. G. Stanley, "Chimica", Piccin

Additional material will be made available by the teacher on a dedicated page in the Moodle Platform: https://learn.univpm.it/


E-LEARNING E-LEARNING

No

No


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2019-2020
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2019-2020

 


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Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
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