CHIMICA GENERALE ED INORGANICA II E LABORATORIO 1

L'insegnamento ha lo scopo sia di completare gli argomenti affrontati nella Chimica Generale ed Inorganica I, ma anche di sviluppare nuovi concetti quali equilibri ionici in soluzione acquosa, elettrochimica e cenni di chimica Inorganica che serviranno come bagaglio culturale per affrontare gli insegnamenti successivi. Questo secondo insegnamento di Chimice Generale ed Inorganica fornirà allo studente gli strumenti per consolidare le conoscenze della chimica generale, infatti affrontando il chimismo degli elementi dei primi periodi della tavola periodica riuscirà ad applicare tutte le conoscenze di chimica fino ad ora imparate: configurazione elettronica, reattività chimica, numeri di ossidazione, carattere metallico, tipologia di legami formati. 

Il corso grazie all'approfondimento dei processi chimici in soluzione acquosa quali dissocizione di sali poco solubili, solubilità, pH di soluzioni di acidi e basi sia forti che deboli, soluzioni tampone ed elettrochimica fornirà allo studente un’idea del ruolo della chimica nella società e nella vita di tutti i giorni.

Saranno svolte esercitazioni in laboratorio per rafforzare i concetti affrontati in aula e per far conoscere allo studente in modo pratico un laboratorio chimico. Lo studente imparerà a organizzare e svolgere un esperimento chimico e ad utilizzare la vetreria e alcuni semplici strumenti di laboratorio (pHmetro, tester).

Al termine del corso lo studente avrà acquisito e maturato le competenze indispensabili per affrontare e risolvere quesiti relativi a calcoli quantitativi in reazioni di equilibrio, determinare il pH di soluzioni di acidi e basi forti e deboli, di soluzioni saline e di tamponi, determinare la solubilità di sali poco solubili, calcolare le quantità di elementi depositati agli elettrodi dopo elettrolisi di sali fusi o di soluzioni, determinare il senso di una reazione in base ai potenziali di riduzione standard sia in condizioni standard che non standard.

Finalità del corso e quella di far acquisire quella capacita di ragionamento necessaria per affrontare lo studio di fenomeni chimici con metodi analitici e numerici (applying knowledge and understanding).

Obiettivi formativi specifici:

Comprendere gli equilibri in soluzione acquosa in merito alle proprietà di acidi e basi sia forti che deboli, ed alla solubilità dei sali. Conoscere le relazioni tra struttura e forza di un acido. Comprendere il meccanismo di funzionamento di una soluzione tampone. Conoscere l'elettrochimica sia in riferimento al funzionamento delle celle galvaniche che all'elettrolisi. Comprendere il significato dei potenziali standard di riduzione e la competizione tra gli elementi nell'elettrolisi. Conoscere dei cenni generali di Chimica Inorganica con qualche approfondimento sulla reattività degli elementi dei primi tre periodi della tavola periodica.

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacita di comprensione:

Capacita di ragionamento induttivo e deduttivo. Capacita di schematizzare una reazione chimica in termini qualitativi e quantitativi. Capacita di

impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze chimico- fisiche e di risolverlo con metodi analitici.

Capacita di applicare conoscenza:

Capacita di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni chimici utilizzando con rigore il metodo scientifico. Capacita di calcolo quantitativo di reagenti e prodotti di reazioni chimiche di equilibrio.

Autonomia di giudizio:

Capacita di ragionamento critico. Capacita di individuare le soluzioni piu adeguate per risolvere problemi chimici. Capacita di individuare le previsioni di una teoria o di un modello.

Abilita comunicative:

Capacita di descrivere in forma orale e scritta, con proprieta di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA 

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

Si richiede che lo studente abbia maturato a pieno i concetti appresi nel corso di Chimica Generale I. Bisogna considerare che gli argomenti che si affronteranno in questa seconda parte sono nuovi e presentano difficoltà concettuali maggiori.

1. Equilibro Chimico. Equilibri Ionici in soluzione acquosa: Dissociazione dell'acqua e pH, teoria degli acidi e delle basi (Arrhenius, Bronsted e Lowry e Lewis), relazione struttura acidità, Anfoliti, pH di soluzioni saline (idrolisi), Soluzioni tampone, Acidi poliprotici, titolazioni acido-base e indicatori di pH. Calcolo di pH in soluzione di acidi, basi, sali e tamponi. Equilibri eterogenei: Solubilità dei sali e prodotto di solubilità.

2. Elettrochimica: conducibilità delle soluzioni acquose, pile e potenziali normali di semilelementi, uso dei potenziali normali per la previsione di una reazione redox, equazione di Nerst, elettrolisi, leggi di Faraday, sovratensione e potenziali di scarica.

3. Cenni di Chimica Inorganica: idrogeno ed elementi fino al terzo periodo del gruppo s e del blocco p.

4. Esercizi:

 - Calcolo del pH di soluzione di acidi e basi, di sali e tampone. Reazioni acido-base.

 - Solubilità e prodotto di solubilità (Definizione della costante del prodotto di solubilità. Relazione tra solubilità dei sali ed il loro prodotto di solubilità per sali di differente stechiometria). Effetto dello ione comune. Effetto del pH sulla solubilità di alcuni sali.

 - Elettrochimica (Calcolo dell'E° di una reazione redox e della relativa costante di equilibrio, calcolo delle quantità ottenute agli elettrodi da elettrolisi di soluzioni saline e sali fusi)

5. Esperienze di Laboratorio: 1) Titolazioni di acidi monoprotici forti e deboli con indicatore e pH-metro

                                               2) Solubilità dei sali (determinazione del prodotto di solubilità di un sale poco solubile e test di solubilità degli alogenuri d'argento in ammoniaca)

                                               3) Costruzione di una pila ed elettrolisi di soluzioni acquose

                                               4) Titolazione permanganometrica di perossido di idrogeno e di un detersivo contenente percarbonato di sodio

Tutti gli argomenti trattati sono considerati irrinunciabili per il superamento dell'esame.

Teoria:

1.FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE - Anno 2024- di Francesco De Martin. Casa Editrice: EDISES, ISBN 9788836230839

in alternativa uno qualsiasi dei seguenti testi:

FONDAMENTI DI CHIMICA, SILVESTRONI, Casa editrice Ambrosiana

CHIMICA. Autori: Kotz, Treichel, Townsend. Casa Editrice: EdiSES. VI e VII Edizione

Fondamenti di Chimica. Autori: M. Schiavello, L. Palmisano. Casa Editrice: EdiSES. V Edizione

Chimica Generale e Inorganica. A cura di Maurizio Speranza, Casa Editrice: edi-ermes

Chimica. Un approccio molecolare. Autore: Nivaldo J. Tro, Casa Editrice: EdiSES

PRINCIPI DI CHIMICA - Atkins, Jones, Laverman - Anno 2018. Casa Editrice: ZANICHELLI

Esercitazioni:

2. STECHIOMETRIA.Marcì, Palmisano, Ruffo. Casa Editrice: EDISES.

3.Esercizi risolti (e non) di Stechiometria. Pacifico e Margiotta: EDISES

In alternativa:

STECHIOMETRIA. Guida alla soluzione di problemi di chimica. Autori: Lausarot, Vaglio. Casa Editrice: PICCIN

3. Appunti di lezione

La prova d'esame consiste in una prova scritta, con un tempo massimo di 2 ore (il giorno segnato nel calendario ufficiale coincide col giorno della prova scritta). La prova scritta consiste nella proposizione di una serie di problemi analoghi a quelli affrontati in aula durante il semestre. La prova orale si svolgerà su indicazione del docente qualche giorno dopo (verrà indicata la data ed il luogo) e consisterà nella valutazione dell'eseprienze di laboratorio e delle tematiche affrontate durante le lezioni frontali.

Nella valutazione finale si prenderà in considerazione anche la qualità delle relazioni di laboratorio, presentate almeno 1 settimana prima della data della prova scritta. Gli studenti che non avranno frequentato almeno il 70% delle esperienze di laboratorio, dovranno anche svolgere una prova pratica prima dell'esame scritto.

Il docente durante il corso affronta tutta una serie di tipologie di problemi che considera importanti per la crescita culturale del chimico in formazione e che saranno oggetto del compito scritto, così come proporrà tutta una serie di esperienze da seguire in laboratorio.

Tutti gli argomenti dell'insegnamento possono essere oggetto di domanda all'esame. Si ricorda che l'esame prevede anche di poter essere interrogati sulle esperienze fatte in laboratorio, quindi si raccomanda vivamente di riconsiderarle a fondo.

Esempi di domande:

Soluzioni tampone; Idrolisi dei sali; solubilità dei sali; pila chimica; Elettrolisi.

Esempi di esercizi:

1. 2.5 g di iodato di calcio sono sciolti completamente nella minima quantità d’acqua. Il volume della soluzione è 1.19 litri. Trovare il K_ps dello iodato di calcio (MM=389.88). Trovandosi davanti allo iodato di calcio solido, calcolare quanti grammi di esso si sciolgono quando viene lavato con 10 lavaggi da 150 ml ciascuno.

2. Calcolare il pH di una soluzione ottenuta solubilizzando 5,88 g di sodio cianuro (NaCN) in acqua pura e portando il volume della soluzione a 250 mL (PM(_NaCN) = 49,01 g/mol; K_b(_CN-) = 2,03 · 10^-5).

3. Calcolare la f.e.m. della seguente cella a concentrazione:

    

   Ag|Ag₂SO₄ (soluz. sat.) || Ag⁺ (0,100 M)|Ag

    

   Il prodotto di solubilità di Ag₂SO₄ è 1,6 · 10^-5.      
4.  Calcolare il pH e la concentrazione delle specie in una soluzione ottenuta addizionando 50,0 ml di NaOH 1,60 · 10^-1 M a 30 ml di CH₃COOH 1,60 · 10^-1 M. Per CH₃COOH, K_a = 1,76 · 10^-5.