Appunti di Fondamenti di Chimica del professor Martino Colonna per gli studenti del primo anno dei Ingegneria Gestionale (UNIBO). Esame passato con 30 e Lode.
Gli appunti sono frutto di quanto spiegato dal professore a lezione con quanto riportato sulle slide da lui pubblicate e con quanto riportato sui manuali da lui consigliati.
Manuale di integrazione: E. Michelin A. Munari. FONDAMENTI DI CHIMICA. CEDAM.
Ogni argomento è prima introdotto e spiegato a parole in modo da dare un preciso significato a ciascuna delle formule e dei disegni scritti. Mi sento perciò di dire che sono adatti anche per studenti non frequentanti.
L'ordine degli argomenti è quello seguito dal professore a lezione e sulle proprie slide. La prima parte è dedicata ai Fondamenti di Chimica Generale mentre la seconda si focalizza sulla Fisica Organica e dei Materiali. L'esame, composto da domande a risposta multipla ed esercizi (sia numerici che discorsivi) verte su entrambe le parti.
Argomenti trattati negli appunti:
Chimica Generale (pagg. 1-70):
1. L'atomo e i modelli atomici
- Composizione dell'atomo (elettroni, protoni ed neutroni): esperimenti con tubi di Crookes,esperimento di Rutherford, spettro elettromagnetico, effetto fotoelettrico, principio indeterminazione.
- Numero atomico, numero di massa, isotopi.
- Struttura dell'atomo e modelli atomici: Thompson, Rutherford, - - Bohr e spettri atomici, Schrodinger e l'atomo di idrogeno.
- Configurazione elettronica di atomi e ioni polielettronici: spin elettronico, principio di Pauli, regole di Hund, carica nucleare effettiva.
2. Mole, reazioni chimiche e stechiometria
- Il concetto di mole
- La mole, massa molare vs. molecolare, “peso” formula vs. “peso” molecolare, composizione percentuale dei composti, formule empiriche e molecolari.
- Equazione chimica e suo bilanciamento, stechiometria, reagente limitante e reagente in eccesso, resa di reazione.
- Esercizi di stechiometria.
3. La tavola periodica, il legame chimico e le interazioni intermolecolari
- Tavola periodica e proprietà periodiche (volume atomico, energie di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, carattere metallico).
- Legame chimico: il legame ionico e quello covalente, elettroni di valenza, formule di Lewis.
- Legame ionico: composti ionici (stechiometria e geometria), La valenza ionica.
- Legame covalente: caratteristiche, legame singolo, doppio e triplo, legame dativo, regola dell’ottetto ed eccezioni.
- Geometria molecolare secondo il modello VSEPR, teoria del legame di valenza e ibridazione, proprietà del legame chimico (ordine di legame, distanza di legame ed energia di legame).
- Legame covalente puro e polare, polarità molecolare e momento dipolare.
- Forze intermolecolari: interazioni ione-ione, ione-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, forze di London e legame ad idrogeno.
4. Valenza e numero di ossidazione, nomenclatura dei composti inorganici
- Valenza, numero d’ossidazione, carica reale vs. formale.
- Nomenclatura dei composti inorganici (tradizionale, IUPAC e secondo Stock): distinzione tra metalli e non metalli, ossidi ed anidridi, acidi, idrossidi, idruri e sali.
5. Stati di aggregazione della materia
- Lo stato gassoso: legge di Boyle, legge di Charles, ipotesi di Avogadro, legge dei gas ideali e teoria cinetica molecolare, miscele di gas, pressioni parziali, legge di Dalton gas reali ed equazione di van der Waals.
- Lo stato liquido: forze intermolecolari, tensione superficiale, capillarità, viscosità, pressione di vapore, cambiamenti di stato, curve di riscaldamento e raffreddamento di sostanze pure, stati metastabili, fluidi supercritici, diagrammi di fase.
- Lo stato solido: solidi ionici, molecolari, covalenti e metallici, solidi cristallini e amorfi, reticoli cristallini cubici, densità di un solido cristallino, strutture di alcuni solidi cristallini metallici e ionici, difetti nei cristalli, legame metallico.
6. Soluzioni e proprietà colligative
- Soluzioni: formazione di una soluzione, soluzioni acquose, solubilità ed equilibrio, effetto di temperatura e pressione sulla solubilità in soluzioni acquose.
- Unità di misura della concentrazione: molarità, frazione molare, molalità, percentuale in massa.
- Proprietà colligative delle soluzioni con soluti volatili e non: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico.
- Diagrammi di stato ad uno e due componenti.
7. Termodinamica e termochimica
-Primi accenni alla termochimica: processi esotermici ed -endotermici; energia, calore e lavoro; concetto di sistema, ambiente e universo; sistema aperto, chiuso ed isolato; capacità termica specifica e calore latente nei passaggi di stato.
-Primo principio della termodinamica, energia interna, entalpia, legge di Hess ed entalpie standard di formazione e combustione.
-Calorimetria: capacità termica, calorimetri, energia e passaggi di stato.
8. Cinetica chimica
- Cinetica chimica: velocità di reazione ed equazioni cinetiche; effetto della concentrazione (cinetica di ordine 0 e di ordine 1), effetto della temperatura (teoria delle collisioni), area di contatto e catalizzatori.
- Energia di attivazione ed urti efficaci, ruolo del catalizzatore e catalisi omogenea ed eterogenea (accenni).
- Meccanismi di reazione e molecolarità.
9. Equilibrio chimico
- Costante di equilibrio: equilibri omogenei ed eterogenei, significato della costante di equilibrio, calcolo della composizione all'equilibrio, quoziente di reazione.
- Perturbazione dell'equilibrio e principio di Le Chatelier, influenza dei parametri esterni sugli stati di equilibrio (variazione delle concentrazioni, della temperatura, del volume o delle pressioni).
10. Equilibrio acido-base
- Equilibri acido-base in soluzioni acquose: definizione di acido e base secondo Arrhenius, acidi e basi forti/deboli, acidi mono e poliprotici, lo ione idronio.
- Definizione acido-base di Bronsted e Lowry, coppie coniugate acido-base, sostanze anfiprotiche.
- Autoprotolisi dell’acqua, Kw, pH e pOH. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti.
Chimica Organica e dei Materiali (da pag. 71 in poi):
11. Fondamenti di chimica organica
- Nozioni di Chimica Organica.
- Combustibili fossili e biocarburanti. Combustione.Il calcolo del numero di ottani
- Gli eteroatomi e i principali gruppi funzionali
12. Materiali polimerici
- Reazioni di polimerizzazione e metodi industriali di produzione dei polimeri. Cristallinità e stereoisomerismo. Lavorazione dei materiali polimerici.
- Classi di polimeri: termoplastici, termoindurenti, tecnopolimeri, elastomeri.
- Proprietà meccaniche dei polimeri.
- Il riciclo dei materiali polimerici.
- I polimeri da fonti rinnovabili.
13. Materiali metallici
- Diagrammi di stato: sostanze pure e a due componenti. Regola delle fasi e regola della leva.
- Produzione di acciai e ghise.
- Diagramma di stato Ferro-Carbonio.
- Trattamenti termici degli acciai e prestazioni meccaniche.
- Leghe metalliche non ferrose.
14. I materiali compositi
- Materiali compositi a matrice polimerica
compositi a base di fibra di carbonio, Kevlar e fira di vetro.
- Metodi di preparazione e proprietà dei materiali compositi.
15. Le proprietà meccaniche
- Le proprietà meccaniche dei materiali plastici e degli acciai
il diagramma sforzo deformazione
- Le prove dinamico-meccaniche e le prove a fatica
- Le prove ad impatto
In bocca al lupo.
...continua
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