Livello e corso di studio Laurea Triennale in Ingegneria Civile L-7, Laurea Triennale in Ingegneria Industriale L-9

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1 Insegnamento Chimica generale Livello e corso di studio Laurea Triennale in Ingegneria Civile L-7, Laurea Triennale in Ingegneria Industriale L-9 Settore scientifico disciplinare (SSD) ING-CHIM/03 Anno di corso 1 Numero totale di crediti Propedeuticità Docente Obiettivi formativi 9 Per il corso di Chimica generale non sono previste propedeuticità nell ambito della Laurea Triennale in Ingegneria Civile/Industriale. È richiesta la conoscenza della matematica di base (derivate, calcolo integrale, logaritmi) e di alcune nozioni di fisica, anch esse di base (forza di gravità, onde elettromagnetiche, campo elettrico). Stefano Cinti Facoltà: Ingegneria Nickname: stefano.cinti stefano.cinti@unicusano.it (da utilizzare solo per comunicazioni interne e amministrative) Orario di ricevimento: Consultare calendario videoconferenze sul sito d Ateneo. Lo scopo del corso di chimica generale è quello di fornire agli studenti degli strumenti con cui decifrare la loro esperienza quotidiana con la chimica. Verranno forniti i principi fondamentali della chimica generale, utilizzando degli esempi e casi di studio che siano riconducibili a fenomeni che ognuno conosce, ma che ancora non comprende pienamente dal punto di vista chimico. Inoltre, il corso prevede di fornire agli studenti i mezzi necessari per la risoluzione di semplici problemi di chimica generale. I risultati d apprendimento attesi sono i seguenti: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding) - comprensione delle grandezze fisiche usate per caratterizzare una generica antenna, sia in modalità trasmittente che ricevente; - comprensione delle le tecniche analitiche utilizzate per l analisi delle varie tipologie di antenne; - conoscenza delle metodologie di analisi e di progetto delle tipologie più diffuse di antenne e di allineamenti di antenne, dei rispettivi principi di funzionamento, delle loro caratteristiche e dei loro vantaggi e svantaggi; - comprensione delle modalità di propagazione del campo elettromagnetico in spazio libero in relazione alla banda di frequenze utilizzata, sia per applicazioni terresti che satellitari; - comprensione dei rudimenti della teoria radar. Conoscenze e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding) - capacità di dimensionare un collegamento radio e un semplice sistema radar; - capacità di analisi e di sintesi di un antenna lineare, di un antenna a loop, di un allineamento di antenne e di un antenna ad apertura in base a determinate specifiche progettuali; Autonomia di giudizio (making judgements) - capacità di scegliere una opportuna tipologia di antenne in base alle specifiche progettuali e alle caratteristiche ambientali per comunicazioni terrestri e satellitari; 1

2 - capacità critica di interpretare i risultati ottenuti durante lo svolgimento di un esercizio numerico sia in termini di coerenza fisica sia in termini di fattibilità ingegneristica della soluzione individuata. Abilità comunicative (communication skills) - sviluppo di un linguaggio scientifico corretto e comprensibile che permetta di esprimere in modo chiaro e privo di ambiguità le conoscenze tecniche acquisite nell ambito della teoria delle antenne e della teoria della propagazione del campo elettromagnetico in spazio libero. Capacità di apprendere (learning skills) - capacità di applicare le conoscenze acquisite per la risoluzione di problemi non familiari che abbiano come oggetto la trasmissione e la ricezione di informazioni su portante elettromagnetica. Prerequisiti Conoscenza dei fondamenti di base dell analisi matematica e di fisica. Contenuti del corso Introduzione (Lezione 0) Il metodo scientifico; chimica; di cosa si occupa il chimico. Modulo 1: Gli atomi Leggi ponderali (Lavoisier, Proust, Dalton); evoluzione dei modelli atomici; principi di meccanica quantistica (quanti, fotoni, dualismo "onda-particella", relazione di De Broglie, principio di indeterminazione, funzioni d'onda); numeri quantici; orbitali atomici; configurazione elettronica (principio di esclusione di Pauli, principio di Aufbau, regola di Hund); definizioni (massa atomica, isotopi, numero di Avogadro, mole); sistema periodico e proprietà degli elementi. Modulo 2: Legami chimici Legami ionici; legami covalenti (strutture di Lewis, risonanza); regola dell'ottetto (doppietto); forza e lunghezza dei legami covalenti; legami metallici (cenni). Modulo 3: Modelli della forma molecolare Modello VSEPR; modello del legame di valenza (orbitali s,p, ibridazione); metodo LCAO (molecola H 2 ). Modulo 4: Nomenclatura chimica Valenza; numero di ossidazione; nomenclatura tradizionale ed ufficiale (IUPAC); nomenclatura dei composti binari e dei composti ternari. Modulo 5: Stato gassoso Osservazione dei gas; pressione; leggi empiriche dello stato gassoso; equazione di stato dei gas ideali; miscele gassose (pressioni e volumi parziali); gas reali (cenni). Modulo 6: Stati di aggregazione condensati Forze intermolecolari (ione-dipolo, dipolo-dipolo, dispersione di London, van der Waals, legame Idrogeno); viscosità; tensione superficiale; strutture di solidi (metallici, ionici, molecolari); esempi in natura. Modulo 7: Elementi di termodinamica Definizioni (sistemi aperti, chiusi, isolati); I principio (calore, lavoro, energia interna, entalpia, legge di Hess); II principio (entropia, interpretazione statistica); III principio (energia libera, concetto di spontaneità di una reazione). Modulo 8: Equilibri fisici Fasi e transizioni di stato (tensione di vapore, ebollizione, equazione di Clausius-Clapeyron); diagramma di stato (acqua, punto triplo); solubilità (temperatura, entalpia, energia libera); proprietà colligative (molalità, abbassamento pressione di vapore, abbassamento crioscopico, innalzamento ebullioscopico). Modulo 9: Equilibri chimici Equilibrio (reversibilità di una reazione, legge dell'azione di massa, costanti di equilibrio); grado avanzamento di una reazione; verso di svolgimento; spostamento dell'equilibrio (aggiunta/sottrazione di reagenti, pressione, temperatura). Modulo 10: Acidi e basi, equilibri in soluzione Definizioni (Arrhenius, BrØnsted-Lowry, Lewis); reazioni acido-base; coppie coniugate; costanti di acidità e basicità; scala del ph; tamponi; autoprotolisi dell acqua; titolazioni (acido forte-base forte, acido/base fortebase/acido debole, acido debole-base debole); indicatori; prodotto di solubilità. 2

3 Modulo 11: Elettrochimica Reazioni di ossido-riduzione; potenziale standard di riduzione (E ); celle galvaniche (pila Daniell, costruzione di pile); equazione di Nernst; elettrolisi (leggi di Faraday, applicazioni). Gli studenti che devono sostenere l'esame di Chimica generale con un numero ridotto di CFU, poiché parzialmente riconosciuto all atto dell immatricolazione (c.d. integrazioni), sono pregati di contattarmi in piattaforma ed inviarmi il programma dell esame già sostenuto, affinché io possa valutare i moduli per il sostenimento dell esame in forma ridotta. Materiali di studio Teoria i. Slides del docente ii. P. Silvestroni, "Fondamenti di Chimica", Ed. Veschi iii. P. Atkins, L. Jones, "Principi di Chimica", Ed. Zanichelli iv. Brain B. Laird, "Chimica generale", Ed. McGraw-Hill Esercizi i. Esercizi del docente ii. F. Cacace, M. Schiavello, "Stechiometria", Ed. Bulzon Prove di esame Esercitazioni in Aula Metodi didattici Forum generale Classe Virtuale Classe di Recupero Modalità di verifica dell apprendimento È presente una cartella che contiene tutte le prove di esame precedentemente svolte. Tutte le prove contengono risoluzione e spiegazione di ogni passaggio per garantire agli studenti un apprendimento più facilitato. È presente una cartella che contiene tutte le esercitazioni svolte in aula. Queste sono delle esercitazioni che seguono lo svolgimento del corso, e contengono esercizi di diverse difficoltà accompagnati dalla risoluzione del docente. Il corso è sviluppato attraverso le lezioni preregistrate audio-video che compongono, insieme alle slides/dispense, i materiali di studio disponibili in piattaforma. Sono poi proposti degli esercizi risolti e dei test di autovalutazione, di tipo asincrono, che corredano le lezioni preregistrate e consentono agli studenti di accertare sia la comprensione, sia il grado di conoscenza acquisita dei contenuti di ognuna delle lezioni. Sono altresì disponibili lezioni in web-conference programmate a calendario che si realizzano nei periodi didattici e testi di appelli d esame precedenti, utili per prendere confidenza con la tipologia d esame scritto. La didattica si avvale, inoltre, di forum (forum generale, classe virtuale e classe di recupero) disponibili in piattaforma che costituiscono uno spazio di discussione asincrono, dove il docente individua i temi e gli argomenti più significativi dei vari moduli del corso e interagisce con gli studenti iscritti proponendo lo svolgimento di esercizi. All interno della piattaforma è presente un forum di carattere generale dove è possibile esporre qualsiasi tipo di problema, sia dal punto di vista del materiale del corso, approfondimenti e anche per quel che riguarda l organizzazione delle lezioni ed esami. All interno di questo di questo spazio vengono inserite in modo sistematico (ogni 14 giorni) delle attività che seguono il corso di studio. Questo spazio consente agli studenti di confrontarsi, di rispondere ai quesiti proposti dal docente, in modo da offrire punti di riflessione come in una aula fisica. Il docente fornisce le spiegazioni corrette per la risoluzione e l apprendimento del modulo specifico. Questo spazio è utile per chi non ha superato il precedente appello di chimica generale. In questo spazio vengono inserite delle simulazioni delle prove di esame, quindi gli studenti possono esercitarsi con prove che rappresentano una falsa riga dell esame finale. Anche in questo caso, il docente fornisce le giuste risposte e le modalità per il superamento ed apprendimento degli argomenti del corso. L esame consiste di norma nello svolgimento di una prova scritta tendente ad accertare le capacità di analisi e rielaborazione dei concetti acquisiti. La prova scritta prevede 1 domanda di teoria e 4 esercizi numerici da svolgere in 90 minuti. Ciascuno dei 5 quesiti ha un punteggio di 6 punti, per un totale di 30 punti. L assegnazione della lode dipende dalla modalità di spiegazione dei concetti teorici e dalla modalità di risoluzione all interno di ogni singola prova di esame. Gli argomenti delle domande di teoria e degli esercizi numerici possono riguardare tutti i moduli del corso. Per lo svolgimento degli esami è consentito solamente l'utilizzo di una calcolatrice (non è consentito utilizzare la calcolatrice presente come applicazione nei telefoni cellulari e/o altri dispositivi elettronici, es. tablet, pc). In piattaforma vengono caricate le prove di esame risolte dal docente, assegnate nei precedenti appelli. Programma esteso e materiale didattico di riferimento Modulo 1 Lezione 1 Leggi ponderali, teoria atomica di Dalton. 3

4 Modulo 1 Lezione 2 Modulo 1 Lezione 3 Modulo 1 Lezione 4 Modulo 1 Lezione 5 Modulo 2 Lezione 1 Modulo 2 Lezione 2 Modulo 2 Lezione 3 Modulo 2 Lezione 4 Modulo 3 Lezione 1 Modulo 3 Lezione 2 Modulo 3 Lezione 3 Modulo 3 Lezione 4 Modulo 4 Lezione 1 Modulo 5 Lezione 1 Modulo 5 Lezione 2 Modulo 5 Lezione 3 Modulo 6 Lezione 1 Modulo 6 Lezione 2 Modulo 7 Lezione 1 Modulo 7 Lezione 2 Modulo 7 Lezione 3 Modulo 7 Lezione 4 Modulo 7 Lezione 5 Modulo 7 Lezione 6 Teoria atomica di Thomson, esperimento di Millikan, teoria atomica di Rutherford, introduzione alla meccanica quantistica, teoria atomica di Bohr. Teoria atomica di Bohr, dualismo onda-particella, equazione di Schroedinger, numeri quantici. Numeri quantici, orbitali, configurazione elettronica, principio di Aufbau, isotopi, mole, numero di Avogadro. Interpretazione della tavola periodica degli elementi. Legame ionico, ciclo di Born-Haber, concetto di doppietto e ottetto elettronico. Legame covalente, strutture di Lewis, strutture di risonanza. Formule di risonanza, eccezioni alla regola dell ottetto. Forza di legame, lunghezza di legame, legame metallico, legami con più contributi. Modello VSEPR. Modello del legame di valenza, ibridazione. Ibridazione negli idrocarburi. Modello degli orbitali molecolari. Nomenclatura, calcolo dei numeri di ossidazione. Pressione, barometro di Torricelli. Leggi empiriche dello stato gassoso, equazione di stato dei gas ideali. Miscele gassose, gas reali, equazione del viriale (approssimazione di van der Waals). Forze intermolecolari (ione-dipolo, dipolo-dipolo, dispersione di London, van der Waals). Forze intermolecolari (legame Idrogeno), viscosità, tensione superficiale, strutture di solidi. Definizioni (sistemi aperti, chiusi, isolati), energia interna, espansione isoterma reversibile/irreversibile. Calore, calorimetro, I principio della termodinamica. Energia interna, funzione di stato, entalpia. Entalpia, legge di Hess, concetto di entropia. II principio della termodinamica, entropia, interpretazione statistica dell entropia (Boltzmann). III principio, energia libera, spontaneità di una reazione. 4

5 Modulo 8 Lezione 1 Modulo 8 Lezione 2 Modulo 8 Lezione 3 Modulo 8 Lezione 4 Modulo 9 Lezione 1 Modulo 9 Lezione 2 Modulo 9 Lezione 3 Modulo 9 Lezione 4 Modulo 10 Lezione 1 Modulo 10 Lezione 2 Modulo 10 Lezione 3 Modulo 10 Lezione 4 Modulo 10 Lezione 5 Modulo 10 Lezione 6 Modulo 10 Lezione 7 Modulo 10 Lezione 8 Modulo 11 Lezione 1 Modulo 11 Lezione 2 Modulo 11 Lezione 3 Modulo 11 Lezione 4 Fasi e transizioni di stato, tensione di vapore, ebollizione, equazione di Clausius-Clapeyron. Diagramma di stato (acqua, punto triplo), solubilità. Solubilità di gas e solidi (temperatura, entalpia, energia libera), legge di Henry. Proprietà colligative (molalità, abbassamento pressione di vapore, abbassamento crioscopico, innalzamento ebullioscopico). Equilibrio (reversibilità di una reazione, legge dell'azione di massa, costanti di equilibrio, origine termodinamica della costante di equilibrio). Origine termodinamica della costante di equilibrio, costante delle pressioni parziali. Quoziente di reazione, grado avanzamento di una reazione, verso di svolgimento. Spostamento dell'equilibrio (aggiunta/sottrazione di reagenti, pressione, temperatura), calcolo della costante di equilibrio, principio di Le Chatelier. Acidi e basi, definizioni di Arrhenius, BrØnsted-Lowry, Lewis. Reazioni acido-base, coppie coniugate, costanti di acidità e basicità, scala del ph. Calcolo del ph, acidi poliprotici. Calcolo del ph, autoprotolisi dell acqua. Soluzione tampone. Titolazioni (acido forte-base forte, acido/base forte-base/acido debole, acido debole-base debole). Indicatori, prodotto di solubilità. Prodotto di solubilità, effetto ione a comune, precipitazione. Introduzione elettrochimica, reazioni di ossido-riduzione. Bilanciamento di una reazione di ossido-riduzione. Pila Daniell, catodo, anodo, potenziali standard di riduzione, forza elettromotrice. Calcolo forza elettromotrice, equazione di Nernst, spontaneità di una reazione di ossido-riduzione, elettrolisi. 5