POLITECNICO DI BARI
FACOLTÀ DI INGEGNERIA I
______
CORSO DI LAUREA IN
Ingegneria Gestionale
LIBRETTO
DELLE LEZIONI DEL CORSO
di
CHIMICA (6cfu)
del Prof.
G. FERRARO
qualifica
Professore Associato
per l’anno accademico
2013
-2014
Argomento del corso
Visto
IL PRESIDE
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
1
Introduzione al corso e modalità’ di esame.
Preparazione di base e concetti da acquisire. Aspetto
termodinamico e cinetico delle reazioni. Libro di testo.
Stati di aggregazione della materia. Sostanze pure
(elementi e composti). Miscele omogenee ed
eterogenee. Grandezze intensive ed estensive e concetto
di fase. Soluzioni: solvente e soluto. Energia cinetica
traslazionale, vibrazionale e rotazionale.
03 marzo 2013 ore 08:30-11:30
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
2
Tipi di soluzione ed esempi.
Esperimenti fondamentali necessari per definire la
struttura dell’atomo: Thomson (e/m); Millikan (carica
elementare); massa dell'elettrone; Rutherford (struttura
dell’atomo). Protoni, Neutroni, elettroni. Isotopi.
Numero atomico.
04 marzo 2013 ore 08:30-10:30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
3
P.A e P.M. Relativo ed assoluto. Unità di massa
atomica e Dalton. Concetto di mole. N. di Avogadro.
Abbondanza isotopica e PA(PM) medio. Tipi di
formule. Ottenimento della formula minima. Rapporti
molari (frazione molare) e ponderali. Esempi:
composizione di miscele e sistemi algebrici;
metodologia per affrontare esercizi di stechiometria;
isotopi; formule minime. Rapporti quantitativi tra
reagenti e prodotti.
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
4
Codice e verso di una reazione bilanciata. Quantità
messe a reagire e reagente limitante. Studi di reazioni
complete: stato iniziale e finale del sistema chimico.
Reazioni parziali e concetto di equilibrio dinamico.
Esempi: trattamento stechiometrico in varie condizioni
iniziali.
11 marzo 2013 ore 08,20-10,00
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10 marzo 2013 ore 08,20-10,00
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
5
Introduzione alla vecchia meccanica quantistica:
problemi teorici mostrati dalla struttura sperimentale
dell’atomo. Moto elettrone attorno al nucleo. Forza
coulombiana e forza centrifuga. Esperimenti spiegati
con la quantizzazione dell’energia: emissione corpo
nero (Planck), effetto fotoelettrico (Einstein); spettri a
righe. Eq. per la serie di Balmer ed altre serie
idrogenoidi. Teoria di Bohr: introduzione; Teoria di
Bohr: calcolo di rn , vn ed En. Spiegazione spettri a
righe a bassa risoluzione di H.
17 marzo 2013 ore 08,30-11,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
6
Estensione della teoria di Bohr ed orbite ellittiche
(Sommerfeld). Effetto Zeeman e livelli degeneri. Spin.
Relazioni intercorrenti tra i diversi numeri quantici.
Elementi essenziali relativi alla definizione di onda e
spettro delle radiazioni. Ipotesi di de Broglie ed
introduzione alla meccanica ondulatoria; esperimento di
Davisson e Germer. Principio di indeterminazione di
Heisenberg e necessità di usare un'equazione delle onde.
18 marzo 2013 ore 08,30-13,00
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
7
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
8
Equazione delle onde stazionarie ed equazione di
Schrodinger in coordinate cartesiane e polari sferiche
(cenno). Autofunzioni ed autovalori: ψnlm, Enlm .
ψ(r,θ,φ)=Rnl(r)Ylm(θ,φ ) e nodi radiali. Tipi di orbitali s,
p, d. Funzioni di distribuzione di probabilità e ψ2 ;
significato statistico di Born. Orbitali in un guscio.
Atomi a molti elettroni e determinazione dello stato
fondamentale degli atomi. Costruzione tavola periodica
e configurazione elettronica: principio di minima
energia, di Pauli e della massima molteplicità di Hund
(energia di correlazione ed esperimento di SternGerlach). H, He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne. Proprietà’
periodiche: spin totale. Continuazione costruzione
Tavola Periodica: elementi tipici: blocco s e blocco p e
Firma del Docente loro elettroni di valenza. Elementi del 2 e 3 periodo.
24 marzo 2014 ore 08,30-11,30
25 marzo 2014 ore 08,30-10,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
9
Blocco d ed elementi di transizione: elettroni di
valenza. Altre proprietà periodiche: raggio atomico,
potenziale di ionizzazione, affinità elettronica, numero
di ossidazione e sua definizione. Esempi di formule
binarie: idruri, ossidi e sali.
Introduzione al legame chimico. Diatomi omopolari ed
eteropolari; momento dipolare elettrico. Molecole
poliatomiche e angoli di legame. Tipi di legami:
covalente (omopolare ed eteropolare), ionico. Genesi
del legame ionico ed energia reticolare; costante di
Madelung; ciclo di Born-Aber per NaCl.
31 marzo 2014 ore 08,30-11,30
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
10
Teorie del legame: OM e VB. Orbitali atomici ed
orbitali molecolari. Legame covalente: teorie che
giustificano la sua formazione: MO e VB: H2+ ed H2 e
Probabilità. Teoria MO: regole di combinazione e
simmetria degli A.O. e M.O.: σ e π. Orbitali di legame e
antilegame e loro energia. Studio delle molecole
biatomiche omonucleari: diagramma di correlazione.
Ordine di legame e comportamento magnetico: H2+, H2,
non esistenza di He2, ma He2* (eccimero).
01 aprile 2014 ore 08,30-10,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
11
Diatomi omonucleari del II e III periodo: C2, N2, O2, F2,
Cl2. Diatomi etero-nucleari del II periodo ed iso-
elettronicità: CO, NO, NO+,CO+, CN , CN e radicali
liberi; e di periodi diversi: HF, HCl, OH. Introduzione
alla teoria V.B. e confronto con MO per H2+ , H2, O2.
07 aprile 2014 ore 08,30-11,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
12
Lezione annullata per utilizzo aula per concorso.
08 aprile 2014 ore 08,30-10,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
13
V.B. e struttura delle molecole poliatomiche. Angoli e
forza di legame: accordo con esperimenti (momento
dipolare e spettroscopia IR). Disposizione ottimale di
cariche attorno all’atomo centrale ed ibridazione:
introduzione per situazioni come BF3, CH4, NH3. PF5,
SF6. Ibridazioni sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2 e relativi esempi
di molecole. BeH2. Doppietti direzionali: legami
sigma+doppietti solitari. Studio dettagliato di molecole
con dd=legami σ: CO2; formule di risonanza e
mesomeria. Carica formale e Principio di Pauling;
energia di risonanza.
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
14
Molecole in cui dd ≠ legami sigma: NO2. H2O, NH3 ,
ICl3. Molecole poliatomiche con atomo centrale del 3
periodo: SO2, SO3, e utilizo orbitali d. Ioni poliatomici:
PO43-,, NO3-.SO3=, SO4=, ICl2-, COCl2.
Molecole elettron-deficienti: B2H6 e Al2Cl6. Esempio di
molecola poliatomica con M.O: CH4.
Introduzione alle strutture continue: diamante e grafite
V.B.; durezza e conduzione elettrica.
15 aprile 2014 ore 08,30-10,30
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14 aprile 2014 ore 08,30-11,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
15
Stato solido e tipi di solidi: molecolari, ionici e atomici.
Conduzione nei solidi e teoria delle bande: elementi I,
II, III e IV gruppo. Semiconduttori e drogaggio n e p.
EFERMI e funzione lavoro. Legami secondari: dipolodipolo (legame idrogeno) e forze di van der Waals.
Introduzione allo stato gassoso e alla stechiometria e al
bilancio di reazioni.
05 maggio 2014 ore 8,30-11,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
17
Esperimenti di Charles e Gay-Lussac. Equazione di
stato gas ideali. Gas ideali: pi e legge di Dalton.
Densità relative e metodo di Dumas per la misura del
P.M. di sostanze gassose. Studio di reazioni omogenee
gassose: redox e numero d'ossidazione; bilancio:
algebra e scorciatoie; scambio di elettroni e metodi
empirici utili.
Esempi: calcolo V molare in c.n., densità in un vuoto
spinto. Decomposizioni termiche e PM medio; PM
medio dell'aria.
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
16
Sistemi aperti, chiusi, isolati. Introduzione alla
termodinamica e allo stato gassoso: equazione di stato;
variabili di un sistema chimico-fisico e gradi di libertà;
differenziali esatti e grandezze termodinamiche;
trasformazioni reversibili e irreversibili; lavoro e
quantità di calore, calore specifico e capacità termica.
Stato gassoso. Pressione. Definizione operativa di T.
Legge di Boyle; applicazione: espansione di un gas o di
due gas.
06 maggio 2014 ore 8,30-10,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
18
Teoria cinetica dei gas. Relazione tra Ekin media e T.
Contributo gradi di libertà. Legge di Graham e
separazione isotopica per diffusione. Gas di sfere rigide
e introduzione ai gas reali;equazione di van der Waals.
Gas ei vapori e diagramma di Andrews.
1° principio della termodinamica ed energia interna di
gas. CV: gas monoatomici e biatomici. Lavoro di
espansione reversibile ed irreversibile: Wrev>Wirrev;
Qrev>Qirrev
13 maggio 2014 ore 8,30-10,30
12 maggio 2014 ore 8,30-11,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
19
ARGOMENTO DELLA LEZIONE
20
Definizione di Entalpia. QP e QV . CP e CV: solidi e
Lezione sospesa dal Rettore per la Conferenza di
legge di Dulong-Petit.ΔH°f dei composti e calcolo
Ateneo.
ΔHreaz . Reazioni esotermiche ed endotermiche..
Dipendenza di ΔH°reaz da T. Ciclo di Hess.
20 maggio 2014 ore 8,30-10,30
Definizione di Entropia e 2° principio termodinamica.
3° principio e significato statistico di S secondo
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Boltzmann. ΔS°f composti e ΔS°reaz. Dipendenza di
ΔS°reaz da T. Energia libera di Gibbs per un gas.
Esempi: ΔS per espansione gas monoatomico; calcoli di
ΔH, ΔU; ΔHreaz in casi semplici; combustione del
metano. Mescolamenti di acqua a T diverse.
19 maggio 2014 ore 8,30-11,30
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ARGOMENTO DELLA LEZIONE
21 ARGOMENTO DELLA LEZIONE
ΔGreaz e ΔG°reaz e verso di una reazione. ΔGreaz =0
ed equilibrio. Qreaz e Kp. Equilibri omogenei e
influenza della P, T, frazioni molari sull'equilibrio.
Kp., Kx., Kn, Kc e Δn di una reazione. Condizioni
ottimali termodinamiche. Kx ed influenza della P
sull'equilibrio. Principio di Le Chatelier-Brown.
Equazione di van t'Hoff rigorosa e semplificata.
Passaggio di stato vapore-liquido. Introduzione
equilibri eterogenei. Tensione superficiale ed
evaporazione. Tensione di vapore. Passaggi di stato
e diagramma H2O.
Esempi: Kp . Equilibrio formazione NH3, HCl, HF
26 maggio 2014 ore 8,30-11,30
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22
Trasformazioni di fase e equazione di Clausius-Clapeyron per
evaporazione e sublimazione. Diagrammi di stato di componenti
puri: , CO2, S, P4. Varianza. Studio del diagramma di stato
dell'acqua: punto di rugiada ed umidità relativa. Legge di
ripartizione e legge di Henri. Pressione osmotica: isotonicità di
due soluzioni. Misura PM sostanze solide.
Esempi: estrazioni e infusioni, bombole di gas.
27 maggio 2014 ore 8,30-10,30
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