CHIMICA E MATEMATICA OBIETTIVI FORMATIVI PREREQUISITI RICHIESTI

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1 DIPARTIMENTO DI AGRICOLTURA, ALIMENTAZIONE E AMBIENTE (Di3A) Corso di laurea in Scienze e tecnologie agrarie Anno accademico 2017/ anno E 14 CFU - 1 semestre Docenti titolari dell'insegnamento VINCENZO CUNSOLO - Modulo - CHIM/06-8 CFU vcunsolo@unict.it Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Scienze Chimiche - Viale Andrea Doria, 6 Catania Telefono: Orario ricevimento: Tutti i giorni previo appuntamento con il docente CRISTINA LUCIA MILAZZO - Modulo - MAT/04-6 CFU milazzo.cri@gmail.com Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Agraria, Alimentazione e Ambiente, Dipartimento di Matematica e Informatica Telefono: - Orario ricevimento: Martedì 17:00-18:00 OBIETTIVI FORMATIVI Il corso si propone di fornire allo studente le nozioni di base di chimica generale e di chimica organica per una successiva comprensione sia del ruolo che può svolgere il suolo come substrato di crescita delle piante, che per una compresione dei processi biochimici che avvengono nelle piante. Il corso ha come obiettivo sia la formazione logico-matematica di base, intesa anche come capacità di comprendere percorsi ipotetico-deduttivi, che quello di fornire strumenti applicativi di calcolo. Il corso intende fornire agli studenti concetti di matematica di base, verranno inoltre fornite le nozioni di base del calcolo difernziale e integrale che serviranno per la comprensione di alcune discipline di indirizzo. L'efficace formalismo sarà introdotto gradualmente, valorizzando l'intuizione visiva e seguendo un approccio operativo. Gli studenti verranno stimolati nell'apprendimento dei metodi e dei risultati di matematica e verrà sviluppata la loro capacità di utilizzo della stessa per la risoluzione di problemi. Verrà inoltre fornita un'idea concreta, attraverso vari esempi ed applicazioni, dell'importanza della matematica nelle applicazioni. PREREQUISITI RICHIESTI -

2 Conoscenze di elementi di matematica previsti dalle indicazioni nazionali per la scuola secondaria di secondo grado. FREQUENZA LEZIONI La frequenza del corso non è obbligatoria ma fortemente consigliata (vedi Regolamento didattico del CdS in Scienze e Tecnologie Agrarie - L25) La frequenza alle lezioni non è obbligatoria ma vivamente consigliata. CONTENUTI DEL CORSO Introduzione alla chimica. La materia e l energia. Classificazione della materia. Elementi e composti. Proprietà della materia. Gli stati della materia. Trasformazioni chimiche e fisiche. Grandezze e unità di misura. Il sistema metrico internazionale. La struttura dell atomo. Evoluzione del concetto di struttura dell atomo. Protoni, elettroni e neutroni. Cenni sulla struttura dell atomo secondo la meccanica quantistica: Il principio di indeterminazione e le funzioni d onda. I numeri quantici. Forma degli orbitali atomici. I livelli energetici. Il principio di Aufbau. Il principio di esclusione di Pauli. Il Principio di Hund. Il riempimento degli orbitali atomici. La tavola periodica. Numero atomico. Isotopi. Numero di massa. Peso atomico. Massa atomica relativa. Configurazione elettronica degli atomi e periodicità delle proprietà chimiche. La tavola periodica e le sue caratteristiche. Energia di ionizzazione. Affinità elettronica. ll legame chimico. Elettroni di valenza e configurazione di Lewis. Classificazione dei legami chimici. Legami σ e π. Polarità dei legami covalenti ed elettronegatività. Legame dativo o di coordinazione. Ibridazione sp 3, sp 2, sp. Teoria delle risonanza. Legami intermolecolari e forze di Van der Waals. Il legame a idrogeno. Interazioni tra molecole apolari. I composti chimici. Composti ionici e composti molecolari. Formule, nomenclatura e proprietà dei composti. Il numero di ossidazione. Composti binari: idruri, ossidi, perossidi e idracidi. Composti ternari: ossiacidi e idrossidi. I Sali. Le reazioni chimiche. Le equazioni chimiche e il loro bilanciamento. Le Reazioni redox. La mole. Massa molare. I calcoli delle quantità che reagiscono: la stechiometria. L equilibrio chimico. La costante di equilibrio. I calcoli stechiometrici nelle reazioni d equilibrio. Il principio di Le Chatelier. La dissociazione dell acqua. Il prodotto ionico dell acqua. Reazioni in soluzione acquosa. ph e poh. Gli acidi e le basi. Acidi e basi forti. Acidi e basi deboli. Il calcolo del ph. Le soluzioni tampone.

3 Le soluzioni (cenni). Perché le sostanze si sciolgono. La concentrazione delle soluzioni. Le proprietà colligative. Tensione di vapore, innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico. Osmosi e pressione osmotica. La chimica del carbonio. I composti organici. Classificazione dei composti organici e gruppi funzionali. Nomenclatura dei composti organici. Rappresentazione delle molecole sul piano e nello spazio. La Stereochimica. L isomeria. Isomeria costituzionale. La stereoisomeria: isomeria conformazionale e configurazionale. La chiralità. Stereocentri. Enantiomeri. Attività ottica. Nomenclatura R, S e D, L. Diasteroisomeri. Composti meso. Isomeria geometrica: l isomeria cis/trans. Le reazioni in chimica organica. Meccansimi di reazione. Carbocationi, carbanioni e radicali alchilici. Reazioni di sostituzione, eliminazione e di addizione. Reazioni acido-base e reazioni redox di composti organici. Reazioni regio selettive, stereo selettive e stereospecifiche. Alcani. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Isomeria costituzionale. Fonti e reazioni: la sostituzione radicalica. Alcheni e meccanismi di reazione. Nomenclatura. Isomeria cis-trans. Proprietà fisiche. Dieni, trieni e polieni. Alcheni in natura. I terpeni. Metodi più comuni di preparazione degli alcheni (cenni). Reazioni degli alcheni: addizione di acidi alogenidrici; addizione di acqua; addizione di alogeni. Idrogenazione catalitica. Polimerizzazione. Reazioni dei dieni coniugati. Alchini. Nomenclatura. Acidità degli alchini. Addizione di acidi alogenidrici e di alogeni. Riduzione ad alcani. Gli idrocarburi aliciclici (cenni). Cicloalcani e cicloalcheni. Alogenuri alchilici. Struttura e nomenclatura. Reazioni degli alogenuri alchilici: la sostituzione nucleofila S N 1 ed S N 2: aspetti cinetici e stereochimici; effetto della struttura del substrato, del nucleofilo, del gruppo uscente e del solvente. Reazioni di eliminazione E1 ed E2. Competizione tra le reazioni di sostituzione ed eliminazione. Composti aromatici. Struttura del benzene. Aromaticità. Nomenclatura. Sostituzioni elettrofile aromatiche: alogenazione, nitrazione, solfonazione, Alchilazione di Friedel-Crafts. Reattività e orientamento. Alcoli. Struttura e nomenclatura. Caratteristiche fisiche: il legame ad idrogeno. Acidità e basicità degli alcoli. Gli alcoli prodotti industrialmente. Reazioni degli alcoli: trasformazione in alcheni; conversione in alogenuri alchilici; ossidazione degli alcoli; esterificazione di Fisher; formazione di semiacetali. Poliacoli e tioli (cenni). Eteri, epossidi e solfuri (cenni). Nomenclatura. Eteri ciclici ed epossidi. Fenoli. Nomenclatura. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica. Composti fenolici naturali. Aldeidi e chetoni. Struttura del gruppo carbonilico. Nomenclatura. Reazioni di addizione nucleofila: addizione di acqua, alcoli. Riduzione dei composti carbonilici. Ossidazione delle aldeidi. Condensazione aldolica.

4 Acidi carbossilici e derivati. Struttura e nomenclatura. Acidità. Conversione degli acidi in alogenuri acilici, esteri, anidridi e ammidi. Reazioni dei derivati degli acidi carbossilici. Polimeri di condensazione: Nylon. Ammine. Struttura e nomenclatura. La basicità delle ammine. Reazioni con acido nitroso. Carboidrati. Classificazione e nomenclatura. Configurazione dei monosaccaridi. Proiezioni di Fischer. Serie D ed L. Forme cicliche. Disaccaridi: maltosio, saccarosio, lattosio. Polisaccaridi: cellulosa, amido, glicogeno. Amminoacidi e proteine. Struttura degli amminoacidi. Amminoacidi naturali. Punto isoelettrico. Il legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Lipidi (cenni). I lipidi. Grassi ed oli. I saponi. I fosfolipidi. Le cere. Gli steroidi. Insiemi. Operazioni tra insiemi. N, Z, Q, R. Matrici. Determinante di una matrice. Matrici ridotte. Rango di una matrice. Prodotto righe per colonne. Matrice inversa. Sistemi lineari. Teorema di Cramer. Teorema di Rouche-Capelli. Geometria analitica del piano. Punti. Distanze, equazioni della retta, coefficiente angolare, proprietà, parallelismo, perpendicolarità. Circonferenza. Intersezione tra una retta e una circonferenza. Ellisse. Parabola. Iperbole. Funzioni reali di variabile reale. Dominio di una funzione. Funzioni monotone. Limiti di funzioni reali. Teoremi. Derivata di una funzione in un punto e suo significato geometrico. Derivate elementari. Regole di derivazione: somma di funzioni, prodotto di funzioni, funzioni composte. Punti di massimo relativo e di minimo relativo. Teoremi. Asintoti. Primitiva di una funzione. Integrale indefinito. Integrale definito. TESTI DI RIFERIMENTO 1) Brown, Lemay, Bursten, Murphy, Woodward, Fondamenti di chimica EdiSES (disponibilità e- book personalizzato) (I PARTE PROGRAMMA). 2) William H. Brown, Thomas Poon Introduzione alla Chimica Organica V Edizione EdiSES (disponibilità e-book personalizzato) (II PARTE PROGRAMMA). ESERCIZIARI 1) P. D'Arrigo, A. Famulari, C. Gambarotti, M. Scotti Chimica: Esercizi e Casi Pratici - EdiSES 2) Nicotra, Cipolla Eserciziario di Chimica Organica EdiSES

5 3) D. Sica Esercizi di Chimica Organica - EdiSES (1) M. Gionfriddo: Istituzioni di Matematiche. Tringale Editore (2) M.Gionfriddo, B. Mtarazzo, S. Milici: Esercitazioni di matematiche. Spazio Libri. (3) P. Marcellini, C. Sbordone: Elementi di Matematica. Liguori Editore. (4) C. Sbordone e F. Sbordone: Matematica per le scienze della vita. EdiSES (5) V. Villani, Matematica per discipline biomediche. Mc Graw-Hill PROGRAMMAZIONE DEL CORSO * Argomenti Riferimenti testi 1 * Tutti gli argomenti del corso sono ritenuti essenziali per il superamento dell esame Tutti i testi riportati * Argomenti Riferimenti testi 1 * Insiemi. Operazioni tra insiemi. N, Z, Q, R. Testo 1: cap 1, cap 3. Testo 4: cap 1, cap 3. 2 Matrici. Determinante di una matrice. Matrici ridotte. Rango di una matrice. Prodotto righe per colonne. Matrice inversa. Testo 1: cap. 4 Testo 2: cap 7 3 * Sistemi lineari. Teorema di Cramer. Teorema di Rouche-Capelli. Testo 1: cap. 5 4 * Geometria analitica del piano. Punti. Distanze, equazioni della retta, coefficiente angolare, proprietà, parallelismo, perpendicolarità 5 * Circonferenza. Intersezione tra una retta e una circonferenza.ellisse. Parabola. Iperbole 6 * Funzioni reali di variabile reale. Dominio di una funzione. Funzioni monotone. Testo 1: cap. 8 Testo 4: cap 4 Testo 1: cap. 6-7 Testo 4: cap 4 Testo 4: cap 6 Testo 1: cap * Limiti di funzioni reali. Teoremi. Testo 1: cap * Derivata di una funzione in un punto e suo significato geometrico. Derivate elementari. Regole di derivazione: somma di funzioni, prodotto di funzioni, funzioni composte. Testo 1: cap * Punti di massimo relativo e di minimo relativo. Teoremi. Testo 1: cap. 12

6 10 Asintoti. Testo 1: cap * Primitiva di una funzione. Integrale indefinito. Integrale definito. Testo 1: cap. 13 * Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame. N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame. MATERIALE DIDATTICO Materiale didattico scaricabile tramite la piattaforma STUDIUM ( Gli appunti elaborati a lezione saranno inserite sul portale Studium, nella sezione documenti. VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO L esame del corso consiste in una prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste nello svolgimento di esercizi di chimica generale ed esercizi di chimica organica. La prova orale (che si svolge generalmente alcuni giorni dopo la prova scritta) consiste nella discussione della prova scritta e nella discussione di alcuni tra tutti gli argomenti del programma. La valutazione viene espressa al termine delle due prove. Il superamento della prova scritta (idoneità) consente l accesso alla prova orale, la quale se valutata positivamente darà luogo al voto finale dell esame. L esame finale consta di una prova scritta e di una eventuale prova orale. DATE DEGLI APPELLI Consultabili: - dal sito del docente nella sezione "Avvisi" ( - dal sito del Corso di Lauera in Scienze e Tecnologie Agrarie nella sezione "Calendario Esami" (

7 Il giorno di apertura dell appello sarà effettuata la prova scritta di chimica. Il giorno seguente quella di matematica. Il calendario degli esami si può consultare sul sito web del corso di laurea. PROVE IN ITINERE PREVISTE prove scritte in itinere le cui modalità saranno esposte durante il corso. Durante il corso delle lezioni sono previste tre prove in itinere. Si tratta di prove scritte. Esse consistono nella risoluzioni di alcuni esercizi simili a quelli svolti durante le lezioni. Gli studenti che le superano saranno esonerati parzialmente o totalmente dalla prova finale. PROVE DI FINE CORSO Non sono previste prove di fine corso Durante la prova scritta, lo studente dovrà risolvere 3 o 4 esercizi su argomenti trattati durante il corso. La prova dura indicativamente 2h e, durante la prova, lo studente potrà utilizzare una calcolatrice non programmabile, non è ammesso l utilizzo di formulari, libri e appunti. I fogli per l esecuzione della prova verranno forniti dal docente. Per la partecipazione alla prova scritta è richiesta la preventiva prenotazione on line. Il docente, indicativamente entro 5-6 giorni dalla prova scritta, pubblicherà gli esiti della prova. ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI Scaricabili da STUDIUM ( 1. Trovare il rango della matrice data 2. Determinare l equazione della circonferenza avente centro nel punto medio del segmenti di estremi A=(2, 1) e B=(4, -3) e raggio r= Trovare il dominio delle seguenti funzioni: f 1 (x)=(x-1)/(x 2 +x) f 2 (x)= log(1-x 2 ) Calcolare il limite per x tendente all'infinito della funzione f(x)= (x 2-1)/(x 2 ) Calcolare la derivata della seguente funzione: f(x)= log(sen x + cos x) 6. Calcolare l'integrale indefinito della funzione: (x 2 )/(1-2x 3 )