Chimica Generale 2017/2018

Introduzione alla Teoria Atomica. Le incongruenze della fisica classica per lo studio dei fenomeni di interazione materia/energia: La radiazione del corpo nero; l’effetto fotoelettrico. La quantizzazione dell’energia e il dualismo onda/particella. Il modello atomico di Bohr. Il principio di indeterminazione di Heisenberg, l'equazione d'onda di Schrödinger e la struttura dell'atomo di idrogeno. I numeri quantici. Orbitali atomici e loro livelli energetici. Il principio dell'Aufbau. Gli atomi polielettronici e loro configurazione elettronica. Principio di esclusione di Pauli e regola di Hund. Relazione tra configurazioni elettroniche degli elementi e loro proprietà. Raggi atomici, raggi ionici, energia di ionizzazione e affinità elettronica.

Le reazioni chimiche e loro bilanciamento. Reagente limitante e resa di una reazione.

La Tavola Periodica e le proprietà periodiche. Il concetto di mole, massa atomica e molecolare. Energia di ionizzazione ed affinità elettronica. Il concetto di elettronegatività. Il legame chimico: il legame ionico. Modello elettrostatico ed energia reticolare. La costante di Madelung. Effetto delle proprietà degli ioni e forza del legame. Il legame covalente. Approccio di Lewis per la definizione della struttura delle molecole. Teoria del legame di valenza. Ordine di legame. Relazione tra proprietà atomiche e legame chimico: forza, lunghezza ed angoli di legame. Ibridazione e risonanza. Strutture di molecole semplici; molecole biatomiche omonucleari ed eteronucleari. Polarità dei legami e concetto di elettronegatività (Pauling e Mulliken). Descrizione della struttura di semplici molecole poliatomiche di importanza fondamentale (strutture dei più comuni acidi e basi). Concetto di numero di ossidazione e di carica formale. Lunghezza, angolo e forza di legame. Introduzione alla teoria degli orbitali molecolari. Legame metallico e semiconduttori (cenni); esempi di struttura di alcune fasi condensate (solidi ionici, covalenti, molecolari) e loro proprietà (polarità, punti di fusione e di ebollizione).

Le forze intermolecolari: ione-dipolo, dipolo-dipolo, interazioni tra dipoli indotti (forze di dispersione di London). Il legame idrogeno: natura ed effetto sulla struttura e proprietà di alcune fasi condensate.

I gas ideali, equazione di stato e applicazioni. Miscele di gas ideali, legge di Dalton. Cenni di teoria cinetica dei gas. I gas reali, equazione di Van der Waals.

Definizione termodinamica di energia; calore e lavoro. Stato termodinamico e parametri termodinamici. I Principi della Termodinamica ed applicazioni. L’equilibrio chimico. Relazione tra energia libera e costanti di equilibrio (Kp, Kc). Studi degli equilibri chimici in fase gassosa omogenea e in fase eterogenea.

Equilibri omogenei in soluzione acquosa. Definizioni acido-base ed applicazioni. Definizione di pH. Autoprotolisi dell’acqua. Forza di acidi e basi. Relazione tra struttura e forza acida o basica. Equilibri multipli e calcolo del pH di specie poliprotiche. Specie anfotere. Studio del comportamento acido-base di alcuni sali. Soluzioni tampone. Aquoacidi. Definizione acido-base di Lewis, hardness e softness (cenni).

Sali poco solubili ed equilibri di solubilità. Entalpie di soluzione e di idratazione degli ioni, loro relazione con la solubilità di composti ionici.

Reazioni di ossido-riduzione. Potenziali elettrodici e forza elettromotrice di una cella elettrochimica. Potenziali standard. La legge di Nernst e suo significato termodinamico. Spontaneità di reazioni redox e di disproporzione. Diagrammi di Latimer. Alcuni esempi di pile ed applicazioni. L'elettrolisi; leggi di Faraday. Applicazione dell'elettrolisi ad alcuni processi di rilevanza pratica (elettrolisi dell'acqua; raffinazione del rame; preparazione dell'alluminio, elettrolisi di soluzioni acquose di NaCl). Stabilità di specie redox in acqua, diagramma di Pourbaix. Corrosione dei metalli (cenni).

Cinetica chimica; definizione di ordine di reazione e molecolarità. Relazione tra cinetica e costante di equilibrio. Significato della costante di velocità di una reazione: equazione di Arrhenius. Il ruolo dei catalizzatori nelle reazioni chimiche. Esempi e applicazioni.

L’equilibrio fisico: concetto di tensione di vapore e legge di Clapeyron. Diagrammi di stato (H2O, CO2). La legge di Raoult. Soluzioni ideali e non ideali. Proprietà colligative. Cenni di Chimica inorganica: Proprieta' generali chimico-fisiche e di reattività degli elementi dei gruppi principali e di gas nobili. Problemi di stechiometria e calcoli chimici come supporto alla comprensione ed approfondimento dei concetti esposti.

Testi consigliati: P. Atkins, L. Jones, Principi di Chimica, Ed. Zanichelli. P. Silvestroni, “Fondamenti di Chimica”, Ed. Veschi, Roma. M. Schiavello, L. Palmisano, “Fondamenti di Chimica”, EdiSES. F. Cacace, M. Schiavello, “Stechiometria”, Ed. Bulzoni. I. Bertini, C. Luchinat, F. Mani, “Stechiometria”, Casa Ed. Ambrosiana