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

Fornire le conoscenze chimiche e chimico-fisiche fondamentali di struttura atomica, legame chimico, termodinamica e 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;

valutare le condizioni dell’equilibrio chimico;

conoscere le cinetiche coinvolte nella trasformazione della materia;

determinare quantitativamente gli equilibri gassosi e in soluzioni acquose;

comprendere le fondamentali relazioni struttura-proprietà nelle macromolecole;

conoscere le principali fonti energetiche fossili e rinnovabili;

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.

Si consigliano gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare  il docente all’inizio del'insegnamento e in ogni caso con congruo anticipo (mettendo in copia il Referente per Ingegneria (https://unige.it/commissioni/comitatoperlinclusionedeglistudenticondisabilita.html), per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali

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; gas ideali e reali; relazioni tra struttura e proprietà meccaniche elettriche e magnetiche. Nomenclatura dei composti chimici.

Fondamenti della reattività chimica: energia libera ed equilibrio chimico; 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.

Energia e ambiente: fonti energetiche e sviluppo sostenibile; produzione di idrogeno; risorse rinnovabili.

Applicazioni numeriche: unità di misura; mole; formule chimiche; peso atomico; peso molecolare; reazioni chimiche; leggi dei gas; concentrazione delle soluzioni; 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

INIZIO LEZIONI

Le lezioni inizieranno nella terza settimana di Febbraio 2025.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale 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) Calcolo del pH di acidi e basi forti;

6) Descrizione e sfruttamento delle fonti energetiche;

7) Calcolo della costante o della composizione di equilibrio;

8) Descrizione di materiale polimerico o descrizione della relazione tra la struttura e una proprietà o cinetica e catalizzatori;

9) Calcolo del pH di acidi e basi deboli o della solubilità di un sale o nomenclatura organica.

La prova 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) stato della materia; 2) proprietà e trasformazioni; 3) applicazioni. Più in dettaglio, per ogni capitolo verrà posta una fra le domande elencate di seguito.

Parte 1:

Onde elettromagnetiche e materia; Radioattività; Modello atomico di Bohr; Numeri quantici e orbitali atomici; Metodo MOLCAO; Legami σ e π; Configurazioni di molecole biatomiche; Ibridizzazione; Elettroni delocalizzati e risonanza; Legami deboli e a idrogeno; Teoria cinetica e leggi dei gas; Strutture metalliche; Teoria delle bande e conducibilità elettrica; Reticoli ionici ed energia reticolare; Difetti e superfici.

Parte 2:

Drogaggio n-p; Diagramma di Ellingham; Quoziente di reazione ed equilibrio; Costante di equilibrio e temperatura; Costante di equilibrio e pressione; Elettroliti e pH; Idrolisi e tamponi; Solubilità in acqua; Velocità e teoria degli urti; Equazioni cinetiche; Catalisi; Cinetiche di polimerizzazione.

Parte 3:

Molecole polari; Ferroelettricità e piezoelettricità; Proprietà magnetiche; Strutture polimeriche; Modulo di Young nei polimeri; Pesi molecolari dei polimeri; Polimeri tattici; Comportamento termico dei polimeri; Cristalli liquidi e siliconi; Effetto serra; Energia nucleare e rinnovabile; Idrogeno come vettore energetico.

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 di comprendere le equazioni stato dei gas;

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

verificare la capacità di individuare le condizioni di equilibrio chimico;

verificare la conoscenza delle cinetiche coinvolte nella trasformazione della materia;

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.

Oggetto di valutazione sarà anche la qualità di esposizione, la conoscenza della terminologia tecnica, il rigore metodologico e la capacità di applicazione del metodo scientifico.