Struttura atomica della materia.
Struttura elettronica dell’atomo e sistema periodico.
Legami chimici e loro caratteristiche generali.
Forze intermolecolari e stati della materia.
Lo stato solido: caratteristiche strutturali dei solidi. Tipi di solidi cristallini e loro proprietà.
Elettrochimica:processi elettrochimici. Pile e potenziali elettrodici. Pile usate nella pratica. Il fenomeno della corrosione.
Proprietà elettriche dei solidi. Semiconduttori intrinseci ed estrinseci.
Per gli esercizi:
Dapporto, Chimica Temi di esame per ingegneria, ed. Progetto Leonardo
Obiettivi Formativi
L’insegnamento si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della chimica indispensabili per comprendere le relazioni tra struttura microscopica e proprietà della materia, contribuendo in tal modo alla formazione di un bagaglio di conoscenze scientifiche di base a cui aggiungere le specificità proprie del Corso di Laurea. In particolare gli argomenti del corso sono selezionati in modo tale da mettere in grado gli studenti di affrontare e comprendere due argomenti fondamentali per la loro preparazione di base: lo stato solido, con particolare riguardo al comportamento chimico-fisico dei materiali per l'elettronica e l’elettrochimica. In questo ambito verrà introdotta anche la problematica della corrosione dei metalli e le strategie per la protezione degli stessi.
Prerequisiti
Non sono richieste conoscenze particolari in ingresso.
Metodi Didattici
Il corso prevede delle lezioni frontali (circa 80% delle ore totali di insegnamento previste) e delle esercitazioni (circa 20% delle ore totali di insegnamento previste). Queste ultime hanno l'obiettivo principale di preparare gli studenti a sostenere l'esame scritto.
Altre Informazioni
Il docente fornirà del materiale didattico relativo a particolari argomenti ed anche testi di compiti assegnati gli anni precedenti.
Modalità di verifica apprendimento
Sono previste prove parziali di esonero durante il corso (la prima prova verterà sulla prima parte del programma, seguita da una seconda prova al termine del periodo didattico che riguarderà gli argomenti trattati durante la seconda metà del corso), seguite da un eventuale esame orale a scelta dello studente. In alternativa lo studente può sostenere un’unica prova scritta (che verterà sull’intero programma) seguita da un eventuale colloquio.
Programma del corso
Parte 1 (al termine della quale lo studente potrà effettuare una prima prova parziale scritta)
Atomi, ioni e molecole: il modello atomico della materia; le particelle subatomiche; peso atomico, peso molecolare, mole.
Il principio di indeterminazione di Heisenberg; la radiazione elettromagnetica; interazione luce-materia: spettri di assorbimento e di emissione; il dualismo onda-particella e la relazione di De Broglie; la meccanica ondulatoria; l'equazione di Schrodinger; autofunzioni ed autovalori; i numeri quantici; orbitali s, p, d, f; la funzione d'onda in coordinate polari; significato fisico della funzione d'onda.
Gli atomi polielettronici; il numero quantico di spin; l'effetto schermo; andamento dell'energia degli orbitali in funzione di Z; regole per il riempimento degli orbitali (minima energia, Pauli; Hund); tavola periodica degli elementi; grandezze periodiche: energia di ionizzazione, affinità elettronica, raggio atomico.
Il legame covalente; ibridazione e geometria delle molecole; teoria VSEPR, espansione dell’ottetto; risonanza; elettronegatività; legami covalenti puri e polari; il legame ionico, il legame a ponte di idrogeno.
I metalli: caratteristiche generali. Il legame nei metalli secondo la teoria del mare di elettroni.
Forze intermolecolari e stati della materia.
Lo stato solido: solidi amorfi e solidi cristallini. Reticoli cristallini e celle elementari. Tipi di solidi cristallini: cristalli metallici, ionici, covalenti e molecolari. Proprietà principali dei differenti tipi di solidi. Allotropia, polimorfismo e isomorfismo. Difetti nei cristalli.
Parte 2 (al termine della quale potrà effettuare una seconda prova parziale scritta)
Le reazioni chimiche. Le reazioni di ossido-riduzione. Il numero di ossidazione. Bilanciamento di una reazione di ossido-riduzione.
Le pile: l’equazione di Nernst; spontaneità e spostamento delle reazioni redox; reazioni di ossido-riduzione dell’acqua; pile di concentrazione.
Elettrolisi: elettrolisi di una soluzione di cloruro di sodio; elettrolisi di sali fusi; elettrolisi industriali; leggi sull’elettrolisi.
Esempi di pile utilizzate nella pratica. Il fenomeno della corrosione. Strategie per la protezione dalla corrosione. Celle a combustibile.
Cenni sulla Teoria dell’Orbitale Molecolare. Teoria delle bande. Semiconduttori intrinseci ed estrinseci. Modello a legame covalente e modello a bande di energia.