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CHIMICA 1 (CDL)

CODICE 56971
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU 6 cfu al 1° anno di 8721 INGEGNERIA NAUTICA (L-9) LA SPEZIA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE CHIM/07
LINGUA Italiano
SEDE LA SPEZIA (INGEGNERIA NAUTICA )
PERIODO 1° Semestre
MODULI Questo insegnamento è un modulo di:
MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

PRESENTAZIONE

L’insegnamento è orientato allo studio dei fondamenti chimici e chimico-fisici delle tecnologie, con particolare riguardo a quelli che si riferiscono ai materiali, alle loro proprietà e alla loro interazione con l'ambiente, fornendo una sintesi dei principi comuni di stato e trasformazione della materia.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso fornisce le conoscenze chimiche e chimico-fisiche fondamentali di struttura atomica, di legame chimico, di termodinamica e di cinetica chimica indispensabili per la comprensione dello stato e della trasformazione della materia, dei fenomeni naturali e ambientali e della natura dei processi tecnologici.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Le attività formative proposte sotto forma di lezioni frontali, esercizi ed applicazioni numeriche, associate allo studio individuale, permetteranno allo studente di:

conoscere la struttura atomica;

comprendere i meccanismi di formazione del legame chimico forte e debole;

conoscere la struttura dei solidi, dei liquidi e di comprendere le equazioni stato dei gas;

comprendere le relazioni tra struttura e proprietà elettriche, magnetiche e meccaniche;

conoscere le principali grandezze termodinamiche e cinetiche coinvolte nella trasformazione della materia;

valutare le condizioni dell’equilibrio chimico;

determinare quantitativamente gli equilibri chimici in fase gas e in soluzioni acquose;

comprendere le fondamentali relazioni struttura-proprietà nelle macromolecole;

discutere tutte le attività proposte con metodo scientifico e linguaggio appropriato.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni ed esercitazioni numeriche in aula. La verifica dell'apprendimento e delle capacità operative durante il corso avverrà attraverso il monitoraggio svolto durante le esercitazioni.

Le competenze trasversali in termini di autonomia di giudizio verranno acquisite tramite l'esecuzione in aula delle esercitazioni numeriche da svolgere in gruppo.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Struttura della materia: composizione dell’atomo e sua stabilità; interazioni materia-energia; quantizzazione dell’energia e dualismo onda-particella; equazione di Schrodinger e sua applicazione alla struttura atomica; periodicità delle proprietà chimiche; teoria del legame di valenza e orbitali molecolari; teoria delle bande per i solidi; coesione e struttura di solidi amorfi e cristallini; cenni sulle proprietà dei liquidi e dei cristalli liquidi; gas ideali e reali; relazioni tra struttura e proprietà meccaniche elettriche e magnetiche. Nomenclatura dei composti chimici.

Fondamenti della reattività chimica: primo principio della termodinamica; entalpia per le trasformazioni chimiche; secondo principio della termodinamica e trasformazioni spontanee; entropia assoluta e terzo principio della termodinamica; spontaneità delle trasformazioni chimiche ed energia libera; equilibrio chimico; diagrammi di stato di sostanze pure e di miscele; equilibri in soluzione, acidi e basi forti, acidi e basi deboli, sali in ambiente acquoso, effetto dello ione a comune; equilibri di solubilità; velocità di reazione ed equazioni cinetiche; legge di Arrhenius, teoria del complesso attivato e catalisi.

Materiali polimerici: introduzione alla chimica organica; relazioni proprietà e struttura dei polimeri di sintesi (fibre, plastiche, elastomeri, polimeri termoindurenti, Tm, Tg, cristallinità, proprietà meccaniche, polimeri conduttori); cristalli liquidi; aspetti di impatto ambientale dei polimeri di sintesi.

Applicazioni numeriche: unità di misura; mole; formule chimiche; peso atomico; peso molecolare; reazioni chimiche; leggi dei gas; concentrazione delle soluzioni; termodinamica e termochimica; posizione dell’equilibrio; calcolo del pH.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in aulaweb, così come gli esempi di test finale proposti negli anni precedenti con le relative soluzioni. Gli appunti presi durante le lezioni e il materiale in aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame, ma i libri seguenti sono suggeriti come testi di appoggio e approfondimento.

 

Struttura della materia e fondamenti della reattività chimica

P. Atkins, L. Jones, L. Laverman, Fondamenti di chimica generale, Zanichelli;

Autori vari a cura di M. Speranza, Chimica generale e inorganica, Edi.Ermes;

Autori vari a cura di P. Tagliatesta, Chimica generale e inorganica, Edi-ermes;
R. Chang, Fondamenti di chimica generale, McGrow-Hill;
V. Lorenzelli, Elementi di Chimica per le Facoltà di Ingegneria, Genova, Ed. Univ.;
D.W. Oxtoby, H.P. Gills, A. Campion, Chimica moderna, EdiSES;
R.H. Petrucci, W.S Harwood, F.G. Herring, Chimica generale, Piccin;
M.S. Silberberg, Chimica, McGrow-Hill;

 

Materiali polimerici, energia e ambiente

F. Cavani, G. Centi, M. Di Serio, I. Rossetti, A. Salvini. G. Strukul, Fondamenti di chimica industriale. Materie prime, prodotti, processi, sostenibilità, Ed. Zanichelli

 

Esercizi
 

R.A. Michelin, P. Sgarbossa, M. Mozzon, A. Munari, Chimica – test ed esercizi, Ambrosiana;

M. Panizza, G. Cerisola, Esercizi di Chimica per Ingegneria, ECIG.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame prevede una prova scritta e una orale con domande aperte.

La prova scritta ha la funzione di stabilire esclusivamente il livello minimo di conoscenze necessarie per accedere alla successiva prova orale. Questa non ha una valutazione numerica e si basa sulla soluzione di 9 quesiti sui seguenti argomenti trattati durante le esercitazioni e presenti nella apposita sezione disponibile a tutti gli allievi in Aulaweb:

1) Nomenclatura inorganica;

2) Bilanciamento reazioni di scambio ionico;

3) Calcoli stechiometrici o applicazione numerica della legge sui gas perfetti;

4) Radiochimica o rappresentazione delle configurazioni elettroniche di atomi e molecole o legame chimico;

5) Leggi e definizioni di grandezze termodinamiche o calcolo del pH di acidi e basi forti;

6) Struttura, proprietà, sintesi dei polimeri o calcolo del calore di reazione;

7) Calcolo della costante o della composizione di equilibrio;

8) Descrizione di un diagramma di stato o descrizione della relazione tra la struttura e una proprietà o cinetica e catalizzatori;

9) Calcolo del pH di acidi e basi deboli o nomenclatura organica o metallurgia e corrosione.

La prova scritta si ritiene superata con un numero di risposte esatte maggiore o uguale a 5. Saranno disponibili 3 appelli nella sessione invernale e 3 nella sessione estiva.

La prova orale è strutturata su 3 domande di peso 10/30, una per ognuno dei 3 capitoli relativi a:

1) struttura della materia; 2) trasformazione della materia; 3) relazioni tra struttura e proprietà dei materiali. Più in dettaglio, per ogni capitolo verrà posta una fra le 15 domande elencate di seguito.

Parte 1:

Onde e.m., spettri e colore; Onde e.m. associate a particelle; Numeri quantici; Radioattività; Configurazioni molecola biatomiche; Legami σ e π; Ibridizzazione; Molecole polari; Elettroni delocalizzati e risonanza; Legami deboli e a idrogeno; Teoria delle bande e legami nei solidi; Strutture metalliche; Reticoli ionici ed energia reticolare; Difetti e superficie; Teoria cinetica e leggi dei gas.

Parte 2:

Primo principio ed entalpia; Secondo principio ed entropia; Energia libera ed equilibrio chimico; Costante di equilibrio e temperatura; Costante di equilibrio e pressione; Prodotto di solubilità; Definizione e calcolo del pH; Acidi e basi deboli in acqua; Idrolisi dei sali e pH; Soluzioni tampone e pH; Velocità ed equazioni cinetiche; Teoria degli urti; Proprietà magnetiche ed elettriche; Polimerizzazione a stadi e a catena; Trasformazione dei polimeri.

Parte 3:

Carattere chimico degli elementi; Diamante e grafite; Polarità e passaggi di stato; Leghe; Diagramma di stato dell’acqua; Legge di Raoult e distillazione; Pirometallurgia; Catalisi eterogenea; Modulo di Young nei polimeri; Peso molecolare nei polimeri; Cristallinità nei polimeri; Effetto della T nei polimeri; Viscosità dei polimeri; Cristalli liquidi; Polisilossani.

Per ogni prova scritta superata sono possibili 2 appelli orali nella medesima sessione.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Le prove d’esame con lo studente consentiranno di:

valutare la conoscenza della struttura atomica;

verificare la comprensione dei meccanismi di formazione del legame chimico forte e debole;

valutare comprensione della struttura dei solidi, dei liquidi e la comprensione delle equazioni stato dei gas;

valutare la capacità di individuare le relazioni tra struttura e proprietà elettriche, magnetiche e meccaniche;

valutare la conoscenza delle principali grandezze termodinamiche e cinetiche coinvolte nella trasformazione della materia e le condizioni dell’equilibrio chimico;

verificare l’abilità nella valutazione quantitativa degli equilibri gassosi e in soluzioni acquose;

valutare le fondamentali relazioni struttura-proprietà nelle macromolecole;

discutere tutte le attività proposte con metodo scientifico e linguaggio appropriato.