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Oggetto:
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CHIMICA

Oggetto:

Chemistry

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
MFN0611
Docente
Claudio Garino (Titolare del corso)
Corso di studio
Corso di Laurea in Scienze Geologiche
Anno
1° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
10
SSD attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Nozioni di base di matematica e fisica (calcolo logaritmico, equazioni di 1° e 2° grado, notazione esponenziale, interpretazione di diagrammi bidimensionali), conoscenza delle principali unità di misura del Sistema Internazionale, capacità di impostare semplici esercizi numerici.
Basic concepts of mathematics and physics (logarithmic calculation, 1st and 2nd degree equations, exponential notation, interpretation of two-dimensional diagrams), knowledge of the main units of the International System of Units, ability to set up simple numerical exercises.
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Far acquisire i concetti basilari della chimica, al fine di favorire la comprensione dei successivi insegnamenti del corso di laurea. Fornire solide conoscenze di base in chimica, propedeutiche alla comprensione di una svariata gamma di fenomeni di interesse geologico. Provvedere gli strumenti e le studentesse per una corretta lettura della materia e delle sue trasformazioni, sia a livello microscopico (atomico/molecolare) che macroscopico (fenomenologico).

To provide students with basic chemical skills, in order to facilitate the understanding of the subsequent class of the course. To provide a solid basic knowledge of chemistry, preparatory to the understanding of a wide range of phenomena of geological interest. To provide the tools for a proper interpretation of matter and its transformations, both at a microscopic (atomic/molecular) and macroscopic (phenomenological) level.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione. Alla fine dell’insegnamento si dovranno possedere le conoscenze necessarie a comprendere e applicare i concetti della chimica generale, relativamente allo studio della materia nei suoi differenti stati di aggregazione e delle sue trasformazioni, con specifico riferimento a tematiche di rilievo geologico. Le conoscenze acquisite saranno quindi utilizzate per affrontare i successivi insegnamenti di carattere chimico-fisico (geochimica, mineralogia ecc.)

Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Al termine dell’insegnamento si dovrà possedere la capacità di applicare le conoscenze teoriche relative alla chimica di base alla risoluzione di esercizi e di problemi, con specifico riferimento a tematiche di rilievo geologico.

Autonomia di giudizio. Alla fine dell’insegnamento si avrà una chiara visione della struttura della materia e del suo comportamento, in base anche a considerazioni termodinamiche e cinetiche.

Abilità comunicative. Al termine dell’insegnamento studenti e studentesse sapranno utilizzare un linguaggio chimico rigoroso, sia nella forma scritta che orale, unitamente all'utilizzo di linguaggi grafici e formali per rappresentare i modelli descrittivi della materia.

Capacità di apprendimento. Alla fine dell’insegnamento si saprà comprendere e prevedere l’esito delle reazioni inorganiche più comuni, nonché correlare struttura-reattività-proprietà fisiche dei principali composti inorganici e di alcuni semplici composti organici.

Knowledge and understanding. At the end of the lectures, the student must have acquired the knowledge necessary to understand and apply general chemistry concepts, in particular concerning reactivity and structure of matter in its different states of aggregation, with specific regard to geologically relevant issues. The acquired skills will be employed by the student to carry out more advanced studies in chemical-physical related subjects (geochemistry, mineralogy, etc..).

Applying knowledge and understanding. At the end of the teaching period the student must have matured the ability to apply the theory of basic chemistry to the resolution of exercises and problems, with specific reference to geological issues.

Making judgements. At the end of the teaching period the student must have gained a clear vision on the structure of the matter and its behavior, including insights on thermodynamics and kinetics.

Communication skills. At the end of the teaching sessions the student will be able to use a rigorous chemical language, both in written and oral form, together with the use of graphic and formal languages to represent the descriptive models of the matter.

Learning skills. At the end of the teaching sessions the student will be able to understand and predict the outcome of the most common inorganic reactions, as well as correlate structure-reactivity properties of the fundamental inorganic compounds and of selected simple organic molecules.

Oggetto:

Programma

Natura atomica della materia. Atomi: particelle costitutive e loro caratteristiche fisiche, numero atomico, numero di massa, isotopi. Massa atomica e unità di massa atomica, difetto di massa. Sostanze elementari e composte. Allotropi. Molecole, massa molecolare. Formula minima molecolare e di struttura. Isomeria. Analisi elementare. Classificazione della materia: sostanze e miscugli.

Elementi di struttura dell'atomo. Funzione d'onda e densità di probabilità. Orbitali atomici e numeri quantici. Atomi polielettronici e principio di Aufbau, configurazioni elettroniche e relazione con il sistema periodico,proprietà periodiche: raggi atomici e ionici, energia di ionizzazione, affinità elettronica ed elettronegatività.

Legame chimico. Scambio di elettroni e legame ionico. Legame covalente. Elettronegatività e polarità dei legami. L'approccio di Lewis. Geometrie molecolari e teoria della repulsione delle coppie elettroniche nel guscio di valenza (VSEPR). Teoria del legame di valenza (legami σ e π). Risonanza, ibridazione, orbitali ibridi e geometrie molecolari. Teoria dell'orbitale molecolare.

Numero o stato di ossidazione, valenza chimica. Proprietà e caratteristiche degli elementi dei principali gruppi della tavola periodica (metalli alcalini, metalli alcalino-terrosi, altri metalli, metalli di transizione, metalli di transizione interna, non metalli, alogeni, gas nobili). Nomenclatura inorganica e proprietà chimiche di ossidi, idruri, idrossidi, acidi e sali.

Stechiometria e reazioni chimiche, bilanciamento di reazioni. Concetto di mole e Numero di Avogadro. Massa molecolare e massa molare. Quantità di reagenti e di prodotti, reagente limitante.

Forze intermolecolari (polarità delle molecole, forze ione-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, forze di dispersione, polarizzabilità, legame a idrogeno). Stati di aggregazione della materia. Stato gassoso (leggi dei gas ideali, correzioni per i gas reali, teoria cinetica dei gas). Stato liquido (tensione superficiale, viscosità e tensione di vapore). Proprietà dei solidi, solidi amorfi e cristallini,  reticolo cristallino, cella elementare, parametri di cella, reticoli di Bravais, struttura cristallina. Tipologie di solidi: molecolari, covalente, ionici e metallici.

Definizione di Fase. Calore e passaggi di stato. Equilibri tra le fasi, punti critici, diagrammi di stato ad un componente, varianza di un sistema (regola delle fasi).

Soluzioni: generalità, concentrazione, proprietà colligative.

Equilibrio chimico, costanti di equilibrio e legge di azione di massa. Definizioni di acido-base secondo le teorie di Arrhenius, Brønsted-Lowry e Lewis. Acidi e basi forti e deboli. Equilibri in soluzione acquosa, prodotto ionico dell'acqua, pH, pOH, pH delle soluzioni saline, soluzioni tampone. Costante del prodotto di solubilità, solubilità ed effetto dello ione comune, formazione del precipitato.

Grandezze termodinamiche e spontaneità delle reazioni. Energia, calore e lavoro. Stato termodinamico di un sistema. Grandezze di stato. Primo principio della termodinamica. Stato standard. Entalpie di formazione e di reazione. Secondo e terzo principio della termodinamica. Entropia ed energia libera.

Elettrochimica, celle elettrolitiche e celle galvaniche, potenziali standard di riduzione. Equazione di Nernst. Elettrolisi e legge di Faraday. Elettrolisi di NaCl allo stato fuso. Processo Hall per la produzione di alluminio. Elettrodeposizione.

Cinetica chimica: velocità di reazione, costante di velocità e ordine di reazione. Meccanismi di reazione, energia di attivazione, equazione di Arrhenius, fattori che influenzano la velocità, catalizzatori.

Chimica nucleare. Materia ed energia. Massa atomica e difetto di massa. Energia media di legame dei nuclidi. Processi di decadimento nucleare e principali particelle e/o radiazioni ionizzanti (particelle alfa, beta, raggi gamma). Stabilità dei nuclidi. Principali reazioni nucleari. Tempi di dimezzamento e datazione. Nucleosintesi.

Elementi di chimica organica: idrocarburi saturi e insaturi (alcani, alcheni, alchini). Idrocarburi aromatici. Nomenclatura. Gruppi funzionali: alogenuri alchilici, alcoli e fenoli, eteri, ammine, aldeidi e chetoni, acidi carbossilici, alogenuri acilici, esteri, ammidi, anidridi.

Gli argomenti delle lezioni sono affiancati da esercitazioni numeriche relative alla determinazione delle formule dei composti, alla nomenclatura ufficiale, al bilanciamento delle equazioni chimiche e alla determinazione delle quantità di sostanze che reagiscono nei processi chimici. Le esercitazioni trattano poi l'argomento delle soluzioni, il calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti, gli equilibri in fase gassosa e in soluzione, il calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi deboli e loro miscele, gli equilibri di idrolisi e le soluzioni tampone. Le esercitazioni riguardano, infine, gli equilibri eterogenei, i processi elettrolitici e i potenziali standard di riduzione.

Atomic nature of matter. Atoms: constituent particles and their physical properties, atomic number, mass number, isotopes. Atomic mass and atomic mass units, binding energy. Elemental substance and compounds. Molecules and molecular mass. Empirical formula, molecular formula, structural formula. Structural isomers. Elemental analysis. Substances and mixtures.

Elements of atomic structure. Wavefunction and probability amplitude. Atomic orbitals and quantum numbers. Polyelectronic atoms and Aufbau principle. Electronic configuration of atoms and periodic table of elements. Periodic properties of the elements: atomic and ionic radii, ionization energy, electron affinity and electronegativity.

The chemical bond. Ionic and covalent bond. Electronegativity and polar covalent bonds. The Lewis' approach. Molecular geometry and the valence shell electron pair repulsion (VSEPR) theory. Valence bond theory (σ bond and π bond). Resonance, hybridization, hybrid orbitals and molecular geometries. Molecular orbital theory.

Oxidation number/state, chemical valency. Properties and characteristics of the elements of the main groups of the periodic table (alkaline metals, alkaline earth metals, other metals, transition metals, internal transition metals, non-metals, halogen, noble gases). Inorganic nomenclature and chemical properties of oxides, hydrides, hydroxides, acids and salts.

Stechiometry and chemical reactions, balancing reactions. The concept of mole and Avogadro's Number. Molecular mass and molar mass. Quantity of reagents and products, limiting reagent.

Intermolecular interactions and states of matter (ion-dipole forces, dipole-dipole forces, dipole-induced dipole forces, London dispersion forces, polarizability, hydrogen bond). Gas, laws of ideal gas, corrections for real gases and kinetic theory of gases. Liquid, surface tension, viscosity and vapour pressure. Solid-state, amorphous and crystalline solids, crystalline lattice, elemental cell, cell parameters, Bravais' lattices, crystalline structure. Typologies of solids: molecular, covalent, ionic and metallic.

Definition of phase and phase transitions. Equilibrium between phases, phase rule, critical points and phase diagrams for a single component.

Solutions: generality, concentration, colligative properties.

Chemical equilibrium, equilibrium constants and law of mass action. Strong and weak acids and bases, acid-base definitions according to Arrhenius, Brønsted-Lowry and Lewis' theories. Equilibrium in aqueous solution, ionic product for water, pH, pOH, pH of saline solutions, buffer solutions. Solubility product constant, solubility and common ion effect, formation of precipitate.

Thermodynamic quantities and spontaneity of reactions. Energy, heat and work. Thermodynamic state of a system. State functions. First law of thermodynamics. Standards state. Standard formation and reaction enthalpies. Second and third law of thermodynamics. Entropy and free energy.

Electrochemistry, electrolytic and galvanic cells, standard reduction potentials. Nernst's equation. Electrolysis and Faraday's law. Electrolysis of molten NaCl. The Hall's process for the production of aluminum. Electrodeposition.

Chemical kinetics: reaction rate, rate constant and order of reaction. Reaction mechanisms, activation energy, Arrhenius' equation, factors influencing the reaction rate, catalysts.

Nuclear Chemistry. Matter and energy. Atomic mass and mass defect. Average binding energy of nuclides. Nuclear decay processes and main particles and/or ionizing radiation (alpha particles, beta particles, gamma rays). Stability of nuclides. Main nuclear reazions. Half life and dating. Nucleosynthesis.

Organic chemistry: the chemistry of carbon. Saturated and unsaturated hydrocarbons (alkanes, alkenes, alkynes). Aromatic hydrocarbons. Nomenclature. Functional groups: alkyl halides, alcohols and phenols, ethers, amines, aldehydes and ketones, carboxylic acids, acyl halides, esters, amides, anhydrides.

The topics of the theoretical course are supported by numerical exercises concerning the determination of the formulas of compounds, the nomenclature, the balancing of chemical equations and the determination of amounts of reactants and products involved in chemical processes. Further exercises will cover the subject of solutions, with particular attention on pH calculation of strong acids and bases, on equilibrium in gas phase and in solution, on pH calculation of weak acids and bases and their mixtures, on hydrolysis equilibrium and on buffer solutions. The exercises will finally concern the heterogeneous equilibria, the electrolytic processes and the standard reduction potentials.

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Modalità di insegnamento

La metodologia didattica impiegata consiste in 74 ore di didattica frontale e 12 ore di esercitazioni collettive in aula (esercizi di stechiometria).

Questo insegnamento sarà erogato in presenza, secondo le modalità e i tempi che verranno comunicati dal docente compatibilmente con le eventuali disposizioni di carattere sanitario.

Gli aggiornamenti sui provvedimenti adottati da UniTo sono reperibili sul portale di Ateneo alla voce "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo" https://www.unito.it/ateneo/gli-speciali/coronavirus-aggiornamenti-la-comunita-universitaria/disposizioni-chi-studia-e

Materiale didattico pubblicato su Moodle.

The teaching methodology consists of 74 hours of frontal teaching and 12 hours of group classroom exercises (stoichiometry exercises).

This course will be based on traditional lessons. Detailed information will be provided by the teacher mostly based on the public health recommendations.

For updates on measures taken by UniTo please refer to "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo" https://www.unito.it/ateneo/gli-speciali/coronavirus-aggiornamenti-la-comunita-universitaria/disposizioni-chi-studia-e

Learning resources published on Moodle.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Le conoscenze acquisite sono verificate mediante una prova scritta basata su 8 quesiti (bilanciamento di reazioni, disegno di formule di struttura, esercizi di stechiometria, domande a risposta aperta), seguita da un colloquio orale volto ad accertare la padronanza dei principali concetti di chimica. Per poter accedere alla prova orale occorre totalizzare almeno 18 punti nella prova scritta. Nella prova orale si hanno a disposizione altri 12 punti per un punteggio finale tra prova scritta e prova orale fino a 30 punti.

 

Gli esami di profitto si svolgono in presenza. L’Ateneo organizzerà esami in modalità remota per gli studenti nelle seguenti condizioni: 
- positivi al COVID 19 
- residenti all’estero se impossibilitati a rientrare in Italia a fronte di limitazioni agli spostamenti internazionali.

The exam consists on a written test composed by 8 questions (reaction balancing, drawing structural formulae, stoichiometry problems and open-ended questions), followed by an oral examination to verify the knowledge of the main chemistry concepts. To access the oral exam, a minimum of 18 points must be scored in the written test. The oral test provides other 12 points for a final score up to 30 points.

 

The exam will be held in person. It will be possible to request the remote exam according to the methods indicated by the University, exclusively for students: 
- positive to COVID 19 
- resident abroad if unable to return to Italy due to international travel restrictions.
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Attività di supporto

Ripassi pre esame e chiarimenti/approfondimenti sugli argomenti dei moduli su richiesta, previo appuntamento via mail (singoli o piccoli gruppi).

Clarification / further information on the topics of the course at the request of students by appointment via e-mail (individual or small groups).

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Chimica
Anno pubblicazione:  
2016
Editore:  
Piccin-Nuova Libraria
Autore:  
Whitten K.W., Davis R.E., Peck M.L., Stanley G.G.
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Stechiometria per la Chimica generale
Anno pubblicazione:  
2005
Editore:  
Piccin-Nuova Libraria
Autore:  
Michelin Lausarot P., Vaglio G.A.
ISBN  
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Materiale didattico presentato a lezione, necessariamente integrato con un libro di testo. Altri testi consultabili:

- Kotz, Treichel, Townsend, Treichel - Chimica - EdiSES

Teaching materials presented in class, necessarily supplemented by a textbook. Other examples of textbook:

- Kotz, Treichel, Townsend, Treichel - Chimica - EdiSES



Oggetto:

Orario lezioniV

Lezioni: dal 26/09/2022 al 13/01/2023

Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 11/11/2022 10:54
Location: https://geologia.campusnet.unito.it/robots.html
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