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Sono richieste conoscenze elementari di matematica e di fisica fornite durante gli anni della scuola media superiore

Lezioni di Teoria, 72 ore

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.

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.

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.

Atomo e particelle fondamentali. Numero atomico e numero di massa. Nuclidi, isotopi ed elementi chimici. Massa atomica relativa. La mole e il Numero di Avogadro. Composizione elementare di un composto chimico e sua formula minima. Formule molecolari e Massa molare. Equazioni chimiche e bilanciamento. Reagenti in proporzioni stechiometriche o non stechiometriche. Resa di una reazione. Struttura atomica: Il modello atomico di Bohr. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Equazione di De Broglie. La quantizzazione e i numeri quantici. Le funzioni d’onda e l’equazione di Schroedinger. L'orbitale atomico. Configurazione elettronica di un atomo: principi di esclusione di Pauli e della massima molteplicità. Classificazione periodica degli elementi. Raggio atomico, energia di ionizzazione, affinità elettronica e carattere metallico di un elemento. Legami chimici ed energia di legame. Il legame ionico. Il legame covalente: strutture di Lewis; ibridazione degli orbitali e geometria molecolare; Teoria del legame di valenza; Teoria dell’orbitale molecolare (LCAO). Elettronegatività degli elementi e polarità dei legami. Il legame metallico e la conducibilità elettrica nei materiali: conduttori, semiconduttori ed isolanti. Numero di ossidazione degli elementi e nomenclatura dei composti chimici. Ossidazione, riduzione, reazioni redox e loro bilanciamento. Forze intermolecolari e stati di aggregazione della materia. I gas e loro proprietà. Gas ideale ed equazione di stato. Teoria cinetica dei gas. Miscugli gassosi: frazioni molari e pressioni parziali. Gas reali ed equazione di Van der Waals. Liquefazione dei gas e Stato liquido. Evaporazione e solidificazione dei liquidi. Stato solido: solidi ionici, solidi molecolari, solidi covalenti e solidi metallici. Reticoli cristallini. Soluzioni: concentrazione delle soluzioni, solubilità e saturazione. Sistemi termodinamici: variabili di stato, funzioni di stato. L'equilibrio termodinamico, trasformazioni reversibili ed irreversibili. Lavoro meccanico nelle trasformazioni termodinamiche. 1° Principio della termodinamica. Il calore nelle trasformazioni a volume e a pressione costante: energia interna ed entalpia. Equazioni termochimiche e loro additività (legge di Hess). Entropia e 2° Principio della termodinamica. Entropia allo zero assoluto (3° Principio). Energia libera (o funzione di Gibbs). Spontaneità e equilibrio nelle reazioni chimiche e nelle trasformazioni di fase. Legge dell'equilibrio chimico: costante di equilibrio (Kp e Kc) di una reazione. Principio di Le Chatelier. Dipendenza di K dalla temperatura: equazione di Van t'Hoff. Equilibri tra fasi. Sistemi ad un solo componente: equazione di Clausius - Clapeyron. Diagramma di stato ad un solo componente. Sistemi a due componenti completamente miscibili. L’equilibrio liquido-vapore: legge di Raoult. Diagrammi isotermi e diagrammi isobari. Proprietà colligative. Equilibri ionici in soluzione acquosa. Acidi e basi secondo Arrhenius. Reazione acido-base secondo Bronsted e Lewis. La reazione di auto-ionizzazione dell'acqua e sua costante di reazione (Kw) Soluzioni neutre, acide e basiche: il pH. Calcolo del pH di soluzioni di acidi, basi, e sali. Elettrochimica - Reazioni redox e possibilità di conversione di "energia chimica" in "energia elettrica" e viceversa. L’equazione di Nernst. Forza elettromotrice di un elemento galvanico. Potenziale elettrodico e potenziale elettrodico standard di un semi elemento. Tabella dei potenziali standard di riduzione di coppie redox, potere ossidante e riducente delle coppie redox. Elettrolisi dell’acqua, leggi di Faraday, corrosione galvanica

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.
Per gli di studenti con disabilità/invalidità o disturbo specifico di apprendimento (DSA), che abbiano fatto debita richiesta di supporto per affrontare lo specifico esame di profitto all’Info Point Disabilità/DSA dell’Ateneo. Le modalità di esame saranno adattate alla luce di quanto previsto dalle linee guida di Ateneo (https://www.univpm.it/Entra/Accoglienza_diversamente_abili )

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 ed eventuali soluzioni a problemi chimici tipici dell’ingegneria.

I voti sono attribuiti in trentesimi, con eventuale lode. L'esame è superato con una votazione minima di 18

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. La lode è attribuita agli studenti che, avendo conseguito un voto finale di 30, abbiano dimostrato una particolare padronanza della materia.

M. Schiavello, L. Palmisano, “Fondamenti di Chimica”, Edises
L. Laird, “Chimica Generale”, McGraw-Hill
R. Chang, J. Overby "FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE 3/ED", McGraw-Hill


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