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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 083217 - CHIMICA
Docente Castiglione Franca
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) - MI (365) INGEGNERIA MATEMATICA*MZZZZ083217 - CHIMICA
083221 - COMPLEMENTI DI CHIMICA

Obiettivi dell'insegnamento

L'insegnamento intende fornire l'impostazione metodologica e i concetti di base per lo studio della struttura, delle proprietà e delle trasformazioni della materia, dalla scala atomico-molecolare a quella macroscopica.  Verrà presentato in modo da sviluppare il senso critico dello studente, mettendo in evidenza le procedure del metodo scientifico per arrivare allo sviluppo di modelli interpretativi. Si descriveranno gli aspetti essenziali della fenomenologia chimica (struttura, scambi energetici e reattività) e la loro rilevanza rispetto alla comprensione scientifica. Verranno inoltre discussi aspetti esemplari del ruolo della chimica nella tecnologia contemporanea. I concetti teorici verranno rafforzati attraverso la risoluzione di esercizi e problemi.


Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

-acquisizione di adeguate competenze e strumenti per la comunicazione con riferimento all’ottenimento, elaborazione e presentazione dati.

-acquisizione di adeguate capacità per lo sviluppo e l’approfondimento di ulteriori competenze con riferimento a un solido apprendimento delle nozioni di base per una successiva autonoma acquisizione di conoscenze superiori e per un aggiornamento continuo.   

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

- acquisire gli elementi fondamentali della chimica generale e della reattività inorganica;

- conoscere i principali fattori chimico/fisici che influenzano le reazioni chimiche.

- sviluppare la capacità di descrivere analiticamente, simulare, analizzare e risolvere problemi di interesse anche fisico-biologico.

-  dimostrare capacità di estrarre e sintetizzare le informazione rilevanti;

- dimostrare di saper comunicare in maniera efficace e con la corretta terminologia sia in forma scritta sia oralmente.


Argomenti trattati
1 - INTRODUZIONE
 
1.1  Composizione della materia: sostanze pure e miscele (omogenee ed eterogenee); elementi e composti. Composti molecolari e non. Trasformazioni chimiche e fisiche.
1.2  Primi elementi di struttura atomica. Il nucleo, gli isotopi. Scala delle masse atomiche relative.
1.3  Il numero di Avogadro e la mole. Massa molare.
1.4  Introduzione alla tavola periodica e classificazione degli elementi.
1.5 Applicazioni a semplici reazioni inorganiche e calcoli stechiometrici.
 
2 - STRUTTURA ATOMICA
 
2.1  Radiazione elettromagnetica. Fotoni. Quantizzazione dell'energia.
2.2  Spettri atomici, modello di Bohr.
2.3  Dualismo onda-corpuscolo, principio di indeterminazione di Heisenberg.
2.4  Descrizione quantistica dell'atomo di idrogeno: numeri quantici, orbitali e livelli energetici.
2.5  Spin elettronico e principio di esclusione di Pauli. Carica nucleare efficace. Struttura degli atomi polielettronici.
2.6  Interpretazione quantistica delle proprietà periodiche degli elementi (raggi atomici, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività).
 
3 - LEGAME CHIMICO E STRUTTURA MOLECOLARE
 
3.1  Classificazione generale delle tipologie di legame.  Simbologia di Lewis.
3.2  Il legame ionico: struttura cristallina e proprietà dei composti ionici, energia reticolare.
3.3  Proprietà caratteristiche del legame covalente: ordine, distanza ed energia di legame.
3.4  Descrizione qualitativa del legame covalente: regola dell'ottetto, struttura di Lewis per molecole semplici.
3.5  Estensioni del modello di Lewis: composti ipervalenti ed elettron-poveri, radicali, risonanza.
3.5  Geometria molecolare, modello VSEPR.
3.6  Polarità dei legami e polarità delle molecole.
3.7  Descrizione quantistica del legame covalente: teoria del legame di valenza e degli orbitali molecolari (cenni).
3.8  Struttura di semplici composti organici e gruppi funzionali.
 
4 - STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
 
4.1  Equazione di stati dei gas ideali.  Teoria cinetica dei gas.
4.2  Forze intermolecolari, legame a idrogeno. Gas reali.  Caratteristiche dello stato liquido.
4.3  Classificazione dei solidi.  Strutture cristalline.  Solidi amorfi. Isolanti, semiconduttori e metalli.
4.4  Passaggi di stato e diagrammi di fase per sostanze semplici.
4.5  Proprietà colligative dedlle soluzioni.
 
5 - ENERGIA
 
5.1  Definizioni di base della termodinamica: sistema e ambiente, funzioni di stato.
5.2  Calore e lavoro in chimica.  Energia interna.  Primo principio della termodinamica.  Entalpia.
5.3  Entalpia di riscaldamento e dei passaggi di stato.
5.4  Entalpia di reazioni chimiche: stati standard, entalpie di formazione dei composti, legge di Hess.
 
6 - TERMODINAMICA ED EQUILIBRIO CHIMICO
 
6.1  Irreversibilità e spontaneità.  Entropia e disordine.  Secondo principio della termodinamica.
6.2  Energia libera di Gibbs e costante di equilibrio.
6.3  Previsione della spontaneità e delle condizioni di equilibrio delle reazioni chimiche.
6.4  Principio di Le Chatelier e sue conseguenze. Equilibri eterogenei.
 
7 - LE REAZIONI CHIMICHE IN SOLUZIONE ACQUOSA
 
7.1  Definizione di acidi e basi secondo Broested-Lowry e secondo Lewis.
7.2  Prodotto ionico dell'acqua. Equilibri acido-base in soluzione acquosa. Scala di pH.
7.3  Equilibri di solubilità e di precipitazione dei sali.
 
8 - CINETICA CHIMICA
 
8.1  Velocità di reazione e sua dipendenza dalle concentrazioni dei reagenti.
8.2  Leggi cinetiche in forma differenziale e integrale.
8.2  Il modello collisionale nella descrizione delle reazioni chimiche.  Stato di transizione ed energia di attivazione.
8.3  Meccanismi di reazione. I catalizzatori.
 
9 - ELETTROCHIMICA
 
9.1 Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.
9.2  Principi di funzionamento delle celle voltaiche. Leggi di Faraday. Scala dei potenziali standard (E°).
9.3  Elettrochimica e termodinamica.  Legge di Nerst.  E° e costante di equilibrio.
9.4  Esempi di celle voltaiche di uso comune. Accumulatori. Celle a combustibile.
9.5  Corrosione e sua prevenzione.
9.6  Elettrolisi e relative applicazioni.  Previsione dei prodotti di elettrolisi per soluzione acquose.
Le esercitazioni approfondiranno e applicheranno, con esercizi numerici o ulteriori esempi, alcune delle problematiche impostate a lezione.

 


Prerequisiti

Elementi base di matematica (es.: notazione esponenziale, logaritmi, equazioni di secondo grado,...) e di fisica (es.: unità di misura, concetto di energia cinetica e potenziale, legge di Coulomb,...).  Familiarità con alcune idee di base della chimica (es.: struttura atomica della materia, scrittura di formule e reazioni chimiche, nomenclatura di semplici composti inorganici).


Modalità di valutazione
L'insegnamento si svolge nel 1° semestre e prevede due prove in itinere (facoltative). La prima prova in itinere si tiene a novembre, nel periodo di sospensione della didattica. Solo chi ha superato la prima prova con votazione sufficiente (>17) può sostenere la seconda prova, che si tiene a conclusione del corso. La seconda prova riguarda principalmente, ma non escusivamente, argomenti svolti nella seconda parte del corso. Entrambe le prove consistono nello svolgimento di otto tra esercizi e domande aperte. Dopo la seconda prova in itinere, gli studenti potranno chiedere di sostenere un orale integrativo (opzionale).
Chi non avrà sostenuto le prove in itinere, sarà giudicato insufficiente o rifiuterà il voto proposto, potrà presentarsi alle successive prove d'esame che si terranno la prima tra gennaio e febbraio (prima dell'inizio del 2° semestre), la seconda a giugno, la terza a luglio e la quarta agli inizi di settembre, prima dell'inizio del nuovo A.A.. Queste prevedono uno scritto con dieci esercizi o domande aperte, seguito da un esame orale opzionale.
Nota bene: nei primi 30 minuti di ciascuna prova scritta sarà possibile ritirarsi. In quel caso lo studente sarà valutato assente alla prova.
E' obbligatorio iscriversi alle prove, sia in itinere che d'esame.
 
In fase di valutazione lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito la capacità di estrarre e sintetizzare le informazione rilevanti e di saper comunicare in maniera efficace e con la corretta terminologia.

Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaBeep https://beep.metid.polimi.it
Note:

materiale vario, incluso le dispense dell'insegnamento, raccolte di esercizi e temi d'esame.

Risorsa bibliografica facoltativaKotz, Treichel, Townsend, Chimica, Editore: Edises, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788879597777
Risorsa bibliografica facoltativaPaola D'Arrigo, Antonino Famulari, Cristian Gambarotti, Massimo Scotti, Chimica: Esercizi e Casi Pratici, Editore: Edises, ISBN: 9788879598323
Risorsa bibliografica facoltativaMartin S. Silberberg, Chimica - La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni , Editore: Mcgraw-hill, Anno edizione: 2016, ISBN: 9788838667459

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
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
20/10/2020