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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2021/2022
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 081374 - FONDAMENTI DI CHIMICA
Docente Ganazzoli Fabio
Cfu 7.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (350) INGEGNERIA AEROSPAZIALE*RAZSTR081374 - FONDAMENTI DI CHIMICA
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (352) INGEGNERIA ENERGETICA*RAZSTR081374 - FONDAMENTI DI CHIMICA
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (353) INGEGNERIA MECCANICA*RAZSTR081374 - FONDAMENTI DI CHIMICA

Obiettivi dell'insegnamento

L'insegnamento, di tipo propedeutico, è articolato in due parti. La prima (struttura atomica e molecolare, fondamenti di termochimica e di termodinamica) fornisce i concetti di base per lo studio della struttura e delle trasformazioni fisiche della materia e dei materiali. La seconda (reattività chimica, diagrammi di stato, acidi e basi, processi elettrochimici) descrive le trasformazioni chimiche della materia. Obiettivo dell'insegnamento è portare lo studente a comprendere la stretta relazione tra la struttura microscopica della materia e le sue proprietà chimiche e fisiche.


Risultati di apprendimento attesi

Al termine del corso gli studenti avranno fatto propri contenuti e pratiche d’esercizio secondo quanto stabilito negli obiettivi formativi.

 

In termini di conoscenza e capacità di comprensione, gli studenti saranno in grado di:

- riconoscere le principali tipologie di legame chimico e le interazioni che possono stabilirsi tra atomi e molecole nelle varie classi di materiali;

- collegare quindi la struttura atomistico-molecolare dei materiali con le loro principali proprietà (fisiche, meccaniche, ecc.);

- riconoscere gli equilibri chimici in fase omogenea ed eterogenea e stabilire il collegamento con le relative grandezze termodinamiche;

- acquisire dimestichezza con le nozioni alla base della reattività in soluzione acquosa e dei processi elettrochimici;

- conoscere alcune significative applicazioni della chimica nei campi delle trasformazioni della materia e dei materiali tradizionali o avanzati, della produzione dell’energia, della salvaguardia dell’ambiente.

In merito all’applicazione della conoscenza e della capacità di comprensione acquisite, gli studenti potranno:

- eseguire semplici calcoli stechiometrici su prodotti e reagenti in reazioni chimiche;

- prevedere la struttura di semplici composti ionici o molecolari dalla formula minima;

- calcolare le variazioni delle grandezze termodinamiche, al fine prevedere la spontaneità dei processi chimici ed il loro bilancio energetico;

- prevedere qualitativamente e quantitativamente gli equilibri di reazione, tra cui in particolare il pH di una soluzione legato a reazioni acido/base;

- prevedere la spontaneità di reazioni di ossidoriduzione nei processi elettrochimici più importanti, quali pile chimiche, elettrolisi e corrosione dei metalli;

Attraverso le esercitazioni in aula, gli studenti acquisteranno la capacità formulare giudizi in autonomia, e in particolare di:

- collegare il comportamento degli elementi alla loro posizione nella tavola periodica;

- determinare il bilancio energetico di processi chimici e fisici;

- prevedere le caratteristiche chimiche e fisiche generali dei materiali;

- formulare ipotesi sull’effetto di variabili fisiche quali temperatura e pressione sulle trasformazioni chimiche e fisiche;

- valutare la ragionevolezza del risultato di calcoli numerici, sulla base di stime degli ordini di grandezza coinvolti.

Inoltre, gli studenti saranno in grado di rielaborare, selezionare e riassumere in maniera autonoma i concetti chimici relativi alle informazioni contenute nei testi ingegneristici di base ed avanzati, nel campo delle tecnologie meccaniche, aerospaziali ed energetiche.

Infine, gli studenti avranno migliorato le loro capacità comunicative, utilizzando una corretta terminologia tecnico-scientifica per descrivere i materiali, le loro trasformazioni, e gli scambi energetici a partire dalle proprietà alla scala atomistico/molecolare.


Argomenti trattati

Le attività didattiche sono realizzate a mezzo di lezioni frontali e esercitazioni.

L’insegnamento consiste di due moduli, articolati negli argomenti descritti in seguito:

Modulo 1

Argomento 1: STRUTTURA ATOMICA E SISTEMA PERIODICO. Natura corpuscolare-ondulatoria della materia. Orbitali atomici. Configurazione elettronica degli atomi e tavola periodica. Proprietà periodiche degli elementi.

Argomento 2: LEGAME CHIMICO. Legame ionico. Legame covalente e geometria molecolare. Elettronegatività. Polarità delle molecole. Forze intermolecolari e legame idrogeno. Legame metallico. Principali caratteristiche dei metalli. Conduttori, semiconduttori e isolanti.

Argomento 3: STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA e PASSAGGI DI STATO. Solidi cristallini ionici, covalenti e molecolari. Stato liquido. Stato gassoso. Gas ideale e gas reali. Diagrammi di stato. Soluzioni non elettrolitiche.

Argomento 4: TERMODINAMICA CHIMICA. Calore di reazione e entalpia. Processi di combustione e bilancio termico. Entropia. Energia libera. Equilibri chimici omogenei ed eterogenei. Fattori che influenzano l’equilibrio.

Modulo 2

Argomento 5: CINETICA CHIMICA. Collisioni molecolari e velocità di reazione. Energia di attivazione. Catalisi. Controllo termodinamico-cinetico in processi di rilevante interesse (per esempio ammoniaca, acido solforico, benzine sintetiche).

Argomento 6: soluzioni ELETTROLITICHE. Reazioni acido-base, pH.

Argomento 7: ELETTROCHIMICA. Potenziali elettrochimici. Celle voltaiche. Elettrolisi. Preparazione e purificazione dei metalli. Corrosione e protezione dei metalli.

Argomento 8: CHIMICA e AMBIENTE. L’atmosfera. Sostanze inquinanti e impatto ambientale: smog fotochimico, buco nello strato dell’ozono, piogge acide, effetto serra.

Argomento 9: ESERCITAZIONI. Massa atomica e massa molecolare. Mole e massa molare. Bilanciamento delle reazioni. Stato gassoso. Miscele gassose. Variazioni energetiche e aspetti termodinamici delle reazioni chimiche. Reazioni acido/base, calcolo del pH. Utilizzo dei potenziali elettrochimici per prevedere i processi di ossido-riduzione e per determinare la forza elettromotrice di celle elettrochimiche. Aspetti quantitativi nei processi di elettrolisi.


Prerequisiti

Sono richieste conoscenze elementari di matematica e di fisica fornite nella scuola media superiore:

- Notazione scientifica, concetto di logaritmi;

- Grandezze scalari e vettoriali, concetto di energia cinetica e potenziale, di calore e temperatura legge di Coulomb;

- Composizione di atomi e molecole e simbologia chimica di base.


Modalità di valutazione

L’esame consiste in una prova scritta nelle date stabilite dal calendario della Scuola, seguita da un colloquio orale che in genere parte da una discussione della prova scritta. La prova scritta è selettiva: se non viene superata con valutazione sufficiente, lo studente non è ammesso al colloquio orale e non supera l’esame.

Durante il corso sono inoltre previste due prove scritte in itinere (una nel periodo di interruzione a metà corso e l'altra a fine corso) che permettono di superare l’esame dopo un eventuale colloquio orale qualora entrambe risultino sufficienti.

In caso di voto inferiore a 10/30 in due prove scritte consecutive, lo studente sarà riprovato e dovrà ripetere l'esame in un’altra sessione.

Prova scritta

La prova scritta consente di valutare gli studenti per conoscenza e capacità di comprensione acquisite e conseguenti applicazioni. Tale prova conterrà sia domande teoriche aperte, sia esercizi numerici, analoghi a quanto svolto durante le esercitazioni, e riguarderà tutto il programma svolto in modo da verificare sia i concetti di base, sia la capacità di applicarli numericamente in semplici casi. In particolare, le domande dell'esame scritto tenderanno a verificare la comprensione della struttura dei materiali correlandola con le loro proprietà chimiche, fisiche e meccaniche, la capacità di fare calcoli stechiometrici sulle reazioni chimiche collegandole con le grandezze termodinamiche coinvolte (entalpia ed entropia di reazione) e con gli aspetti dell'equilibrio chimico e della cinetica chimica. Inoltre, verranno verificate le capacità di discutere gli aspetti essenziali dell'elettrochimica, sia nelle pile chimiche sia nei processi elettrolitici, ma anche nei processi di corrosione dei metalli.

Prova orale

Con questo esame sarà possibile valutare gli studenti per la conoscenza della fenomenologia chimica, le applicazioni tecnologiche della chimica discusse a lezione, le capacità di ragionamento critico e l'abilità di comunicare i contenuti appresi con una terminologia tecnica appropriata.

Valutazione finale

Per conseguire una valutazione positiva, gli studenti devono superare sia la prova scritta che la discussione effettuata nel colloquio orale.


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaBrown, Lemay, Bursten, Murphy, Woodward, Fondamenti di chimica, Editore: EdiSES, Anno edizione: 2011, ISBN: 9788879596923
Note:

III edizione

Risorsa bibliografica facoltativaAtkins, Jones, Laverman, Principi di Chimica, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 2018, ISBN: 9788808320971
Note:

IV edizione

Risorsa bibliografica facoltativaKotz, Treichel, Townsend, Chimica, Editore: Edises, Anno edizione: 2013, ISBN: 9788879597777
Risorsa bibliografica facoltativaM. Schiavello, L. Palmisano, Fondamenti di Chimica, Editore: Edises, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788879599597
Risorsa bibliografica facoltativaPaola D'Arrigo, Antonino Famulari, Cristian Gambarotti, Massimo Scotti, Chimica: Esercizi e Casi Pratici, Editore: Edises, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788879599634
Note:

Eserciziario


Software utilizzato
Nessun software richiesto

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
42:00
63:00
Esercitazione
28:00
42:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 70:00 105:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
schedaincarico v. 1.6.9 / 1.6.9
Area Servizi ICT
05/12/2021