Chimica inorganica e organica

INFORMAZIONI GENERALI

Obiettivi Formativi

Lo studio e l’apprendimento dei contenuti del corso di Chimica Inorganica e Organica, in linea con gli obiettivi formativi del corso di laurea, si colloca nell’ambito delle discipline chimiche, fornisce i fondamenti teorici delle scienze chimiche e permette allo studente di familiarizzare con il linguaggio di questa materia. Esso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della struttura della materia, del legame chimico, degli stati di aggregazione della materia, delle sue proprietà e trasformazioni. Il corso fornisce informazioni circa le leggi che regolano le reazioni, facendo riferimento alle proprietà termodinamiche dei sistemi e alla chimica delle soluzioni acquose (moduli di Chimica Inorganica). Allo stesso tempo, il corso fornisce una conoscenza di base sulla nomenclatura, struttura e reattività dei principali gruppi funzionali presenti in molecole organiche (moduli di Chimica Organica), propedeutici all'acquisizione di una solida ed equilibrata conoscenza di base della composizione molecolare degli alimenti nonché le relazioni che sussistono con le loro proprietà chimico-fisiche. Il Corso introduce lo studente al linguaggio e alla metodologia delle scienze chimiche, fornendo gli strumenti necessari alla comprensione dei successivi insegnamenti correlati alla chimica previsti dall'ordinamento del Corso di Laurea.

Risultati di apprendimento attesi

Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito:

Conoscenza e capacità di comprensione

Nel suo percorso formativo, lo studente deve dimostrare di aver acquisito le conoscenze di base della chimica generale e della chimica organica per essere in grado di conoscere:

1. la nomenclatura IUPAC sia per la Chimica Inorganica che per la Chimica Organica,
2. il concetto di acido, base e sale;
3. la tavola periodica;
4. gli orbitali atomici;
5. le reazioni acido-base;
6. il concetto di una reazione redox;
7. gli stati fisici della materia, la struttura atomica e molecolare;
8. i gruppi funzionali delle molecole organiche (alcani, alcheni, alchini, alcool, esteri, ammidi, ammine, carboidrati, proteine ecc.);
9. le caratteristiche strutturali dei vari gruppi funzionali dei composti organici,
10. le reazioni organiche fondamentali;
11. i composti aromatici;
12. comprendere le proprietà chimiche delle molecole di interesse gastronomico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà essere in grado di:

1. denominare correttamente le varie molecole secondo il sistema IUPAC e/o tradizionale,
2. riconoscere le varie tipologie di reazioni chimiche (acido-base, ossido-riduzione, addizione-sostituzione-eliminazione),
3. completare gli schemi di reazione base per i composti studiati,
4. cogliere le interconnessioni tra strutture molecolari e loro reattività chimica;
5. predire alla luce dei gruppi funzionali presenti in una molecola le sue caratteristiche di reattività, solubilità e acidità;
6. ottenere informazioni di base sugli stati fisici della materia, sulla struttura atomica e molecolare.

Abilità di giudizio

Particolare attenzione viene posta allo sviluppo di capacità di analisi critica dei fattori chiave dei processi chimici alla base delle trasformazioni che hanno luogo nei sistemi di interesse agroalimentare, in particolare riconducendo i fenomeni macroscopici alla struttura ed alla reattività delle funzionalità chimiche tipiche dei contesti agroalimentari.

Abilità di comunicare

1. dimostrare di poter illustrare con chiarezza, esemplificandole in maniera appropriata, le regole, le convenzioni, la terminologia tecnica e le notazioni della chimica generale ed organica;
2. dimostrare di saper comunicare in maniera efficace sia oralmente che in forma scritta;
3. utilizzare il linguaggio scientifico appropriato alla descrizione di una reazione chimica;
4. di aver compreso e saper esporre efficacemente gli scopi, le potenzialità e gli obiettivi propri della disciplina, inseriti anche in contesti tematici interdisciplinari.

Capacità di apprendimento

Il corso fornisce allo studente gli strumenti per:

1. comprendere un seminario o un lavoro scientifico che affronti argomenti attinenti a quelli del programma del corso;
2. comprendere le proprietà chimiche delle molecole o dei meccanismi di reazione illustrati in insegnamenti affini

PROGRAMMA DEL CORSO

Prima parte (Chimica Generale ed Inorganica)

UNITA’ DIDATTICA 1 (CFU 2)

Struttura atomica e teoria atomica. La materia, atomi e molecole. Struttura dell'atomo, protoni, neutroni, elettroni, numero atomico, numero di massa. Elementi e composti. Teoria atomica della materia, modello di Thomson, Rutherford e Modello quantistico di Bohr dell'atomo di idrogeno.

Orbitali atomici. Orbitali atomici, distribuzione degli elettroni. Proprietà periodiche: energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, raggio atomico. Ioni.

Il Legame chimico. Il legame chimico. Strutture di Lewis di molecole neutre e ioniche, cariche formali, formule di risonanza. Proprietà dei legami covalenti. Legami covalenti polarizzati e polarità. Legami ionici.

Teoria elementare del legame chimico- Strutture e geometrie molecolari. Teoria dell'orbitale molecolare e del legame di valenza. Orbitali ibridi.

UNITA’ DIDATTICA 2 (CFU 0,5)

Le unità di misura e la mole. Massa e peso, calore e temperatura, lunghezza, volume e densità. Il concetto di mole ed utilizzo nei calcoli stechiometrici. Peso atomico, peso molecolare. Formula minima e molecolare.

Le Reazioni chimiche. Bilanciamento stechiometrico delle masse. Reagente limitante, resa di reazione.

Le Reazioni di ossidoriduzione. Numero di ossidazione. Reazioni di ossidoriduzione. Determinazione dei coefficienti stechiometrici delle reazioni redox. Stechiometria di reazioni.

Le principali classi di composti. Idruri, idracidi, ossidi basici, anidridi, idrossidi, ossiacidi, Sali.

UNITA’ DIDATTICA 3 (CFU 1)

Le Soluzioni. Metodi per misurare la concentrazione delle soluzioni: percentuale, molarità, molalità. Solvatazione, composti solubili ed insolubili. Soluzioni e miscele a più componenti: legge di Raoult. Proprietà colligative: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, osmosi.

Equilibrio chimico. Costanti di equilibrio, perturbazione dell'equilibrio, legge di Le Chatelier. Equlibri acido-base.

Acidi e Basi. Definizione di acidità e basicità secondo Arrenhius e secondo Bronsted-Lowry. Prodotto ionico dell'acqua, il pH. Forza degli acidi e delle basi, acidi e basi forti. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti.

Acidi e Basi Deboli. Stima del pH di soluzioni di acidi e basi deboli. Calcolo di Ka e del Kb. Idrolisi basica e acida dei sali, soluzioni tampone.

Le soluzioni tampone.

Equilibri eterogenei in soluzione acquosa. Prodotto di solubilità. Relazione tra prodotto di solubilità e solubilità.

UNITA’ DIDATTICA 4 (CFU 0.5)

Stati della materia. Stato gassoso, Legge di Boyle, Legge di Charles, Equazione di stato dei gas ideali. Stato Liquido, interazioni intermolecolari, tensione di vapore, punto di ebollizione, viscosità. Stato solido, solidi cristallini ed amorfi. Cambiamenti di fase e diagrammi di stato.

UNITA’ DIDATTICA 5 (CFU 2)

Termodinamica. Le forme di energia. Prima legge della termodinamica, entalpia, calore di reazione. Entropia, seconda legge della termodinamica. Energia libera di Gibbs.

Cinetica chimica. Velocità di reazione, legge cinetica. Effetto della temperatura, della concentrazione, teoria degli urti. Equazione di Arrenhius. Catalizzatori.

Elettrochimica. Celle elettrochimiche. Bilanciamento di reazioni redox.

Seconda Parte (Chimica Organica)

UNITA’ DIDATTICA 6 (CFU 2)

Il carbonio. Il carbonio (breve storia della chimica organica), Configurazione elettronica del carbonio. Ibridizzazione (formazione del legame, ibridizzazione sp, sp2, sp3, geometria molecolare) del carbonio nei composti organici. Classificazione delle reazioni organiche.

 Alcani. Struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche, conformazioni. Cicloalcani. Reattività del legame C-H: combustione, auto-ossidazione, alogenazione. Radicali al carbonio. Numero di ossidazione di composti organici. Alogenoalcani.

Alcheni. Struttura, nomenclatura e proprietà. Isomeria. Idrogenazione del doppio legame. Meccanismo di addizione elettrofila al doppio legame: addizione di acidi alogenidrici, acqua, alogeni. Polimerizzazione, polimeri sintetici e naturali. Dieni, effetti di coniugazione.

Alchini.

Steroisomeria. Configurazione relativa ed assoluta. Enantiomeri e disatereoisomeri.

UNITA’ DIDATTICA 7 (CFU 1)

Alcoli. Struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche, reattività. I concetti di nucleofilo ed elettrofilo. Reazioni di sostituzione nucleofila, meccanismi Sn2 e Sn1. Carbocationi. Reazioni di eliminazione, meccanismi E2 e E1. Eteri.

Eteri ed epossidi. Nomenclatura, proprietà. Preparazione: reazione di Williamson. Preparazione degli epossidi: disidratazione di aloidrine e ossidazione di alcheni. Reazioni degli epossidi con nucleofili.

Alogenuri alchilici. Nomenclatura. Proprietà chimico-fisiche. Composti alogenati. Reazioni di Sostituzione Nucleofila SN1 e SN2; meccanismo e conseguenze stereochimiche.

UNITA’ DIDATTICA 8 (CFU 2)

Aldeidi e chetoni. Struttura, nomenclatura e proprietà chimico-fisiche. Meccanismo di addizione nucleofila. Addizione di acqua. Addizione di alcoli: formazione di emiacetali ed acetali. Addizione di ammine: formazione di immine. Ossidazine delle aldeidi, saggi di riconoscimento. Tautomeria cheto-enolica e condensazione aldolica.

Acidi carbossilici. Nomenclatura. Proprietà fisiche e acidità: confronto tra aromatici e alifatici. Salificazione. Metodi di preparazione: ossidativi, per carbossilazione, per idrolisi di derivati. Reazioni di riduzione. Reazioni di sostituzione: dell'idrogeno idrossilico e del gruppo idrossilico. Decarbossilazione dei beta-chetoacidi.

Derivati degli acidi carbossilici. Nomenclatura. Esteri: sapori e aromi. Ammidi: Acidità e basicità. Sostituzione Nucleofila Acilica: - idrolisi: differenze di reattività; - alogenuri acilici: preparazione di esteri, ammidi e anidridi. - anidridi: preparazione di esteri e ammidi. - esteri: transesterificazione. Reazioni degli esteri con composti organometallici. Riduzione di esteri, ammidi e nitrili con idruri metallici e con borano. Cenni sulle reazioni degli anioni enolato attivati.

UNITA’ DIDATTICA 9 (CFU 0.5)

Ammine. Struttura, nomenclatura, proprietà acido-base.

Composti aromatici. Aromaticità e regole di Huckel. Eteroaromatici. Fenoli e ammine aromatiche.

UNITA’ DIDATTICA 10 (CFU 0.5)

Peptidi e proteine. Struttura, proprietà e classificazione. Proteine negli alimenti.

Carboidrati. Struttura dei monosaccaridi, conformazioni in soluzione, mutarotazione. Glucosio, fruttosio, galattosio. Glicosidi. Ossidazione degli zuccheri, zuccheri riducenti. Riduzione degli zuccheri. Reazioni con le ammine, la reazione di Maillard. Disaccaridi: maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio. Idrolisi dei disaccaridi, zucchero invertito. Polisaccaridi: amilosio, amilopectina, amido, glicogeno, cellulosa.

Testi consigliati

TESTO DI RIFERIMENTO PER I MODULI DI CHIMICA GENERALE ED INORGANICA

Masterton, Hurley: Chimica, Principi e reazioni. Editore Piccin Padova

Nivaldo J. Tro: Chimica, un approccio molecolare. Editore Edises.

TESTO DI RIFERIMENTO PER I MODULI DI CHIMICA ORGANICA

Brown, Poon: Introduzione alla Chimica Organica. Editore EDISES Napoli

MODALITÀ DI ESAME, PREREQUISITI, ESAMI PROPEDEUTICI

Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente

L'acquisizione dei risultati di apprendimento previsti viene accertata attraverso la verifica del completamento delle attività di autovalutazione presenti alla fine di ogni modulo dell'insegnamento e attraverso la prova di esame. I test di autovalutazione permettono allo studente di monitorare la propria comprensione degli argomenti somministrati e, nel caso ci siano delle difficoltà, di attivarsi per colmare le lacune o chiedere ulteriori spiegazioni al docente che potranno essere fornite attraverso le sessioni di esercitazione in aula virtuale.

La prova scritta consentirà di valutare i risultati di apprendimento complessivamente acquisiti dallo studente. La votazione finale è espressa in trentesimi, con eventuale lode.

Modalità di esame

L’esame è volto a valutare le capacità raggiunte dallo studente in relazione a:

conoscenza e comprensione delle basi teoriche della chimica inorganica e organica e capacità di collegare i vari aspetti nell’argomentazione;

conoscenza della nomenclatura IUPAC sia per quanto riguarda la Chimica Generale ed Inorganica sia per quanto riguarda la chimica Organica;

Capacità dello studente ad individuare i diversi gruppi funzionali di una molecola e la loro diversa reattività.

In dettaglio:

L'esame consiste in una prova scritta, costituita da 31 domande a risposta multipla Inoltre, lo studente è invitato a stilare un elaborato di approfondimento facoltativo da inviare al docente tramite mail e che prevede l’ampliamento e l’approfondimento di un argomento trattato durante le videolezioni. L’elaborato è facoltativo. A tale elaborato il docente assegnerà un valore massimo di 2 punti che si sommerà al punteggio ottenuto durante l’esame scritto. L’elaborato potrà essere relativo ai moduli di chimica generale ed inorganica o chimica organica.

È fondamentale per il superamento dell’esame la conoscenza della nomenclatura

In alcune tipologie di esercizi possono essere richiesti calcoli stechiometrici

Possono essere presenti domande teoriche.

È previsto l’utilizzo di calcolatrice e tavola periodica.

Le domande hanno valore massimo di 1 punto ciascuna, per un totale di 31 punti, corrispondenti alla votazione 30 e lode. Il voto massimo che si può raggiungere è di punti 31. La valutazione dell’elaborato (voto da 1 a 2) si andrà a sommare al punteggio dell’esame svolto. La sufficienza è fissata a 18 punti. Il punteggio ottenuto dalla valutazione dell’elaborato non permette di raggiungere la sufficienza, qualora la votazione del compito sia insufficiente (<18).

l tema dell'elaborato:

E' facoltativo;

Viene scelto dal candidato, SENZA CONTATTARE IL DOCENTE;

Deve essere un approfondimento di un argomento trattato nel corso di Chimica Inorganica e Organica. L'elaborato può essere o afferente ai moduli di Chimica inorganica, o ai moduli di Chimica Organica.

La lunghezza massima dell'elaborato è di 3 pagine più 1 pagina di frontespizio in formato PDF.

Il frontespizio deve recare il titolo dell'elaborato, nome e cognome dello studente, numero di matricola, anno accademico, sessione d'esame, sede d'esame.

La struttura dell'elaborato è libera, ma devono essere indicate le fonti bibliografiche utilizzate per la stesura del testo.

La consegna dell'elaborato è facoltativa, tuttavia sarà oggetto di valutazione da parte del docente con un punteggio massimo di 2 punti, che andrà a sommarsi alla valutazione della prova d'esame.

Propedeuticità

Non sono previste propedeuticità.

Prerequisiti

è richiesta una familiarità con la chimica generale, organica e inorganica.

ORGANIZZAZIONE DIDATTICA

Modalità di erogazione del corso:

Videolezioni e Lezioni Interattive della durata di 30 minuti-1h, sempre disponibili in piattaforma. Studio delle dispense e degli articoli scientifici caricati in piattaforma.

Attività didattiche previste

Le attività di didattica, suddivise tra didattica erogativa (DE) e didattica interattiva (DI), saranno costituite da 6 ore per CFU e ripartite secondo una struttura di almeno 2,5 ore di DE (tenuta in considerazione la necessità di riascolto) e di 1 ora di DI per ciascun CFU.

Attività didattica erogativa (30 ore):

30 lezioni frontali relative al programma di Chimica Inorganica da 30 min circa, videoregistrate e sempre disponibili in piattaforma.

30 lezioni frontali relative al programma di Chimica Organica da 30 min circa, videoregistrate e sempre disponibili in piattaforma.

3 esercitazioni sempre disponibili in piattaforma.

Attività didattica interattiva (12 ore):

6 esercitazioni interattive relative al programma di Chimica Inorganica in aula virtuale da 60 min, svolte in modalità sincrona e secondo il calendario didattico pubblicato in piattaforma.

6 esercitazioni interattive relative al programma di Chimica Organica in aula virtuale da 60 min, svolte in modalità sincrona e secondo il calendario didattico pubblicato in piattaforma.

svolgimento di interventi nei forum tematici proposti dal docente

Avvertenze

Gli studenti sono invitati a monitorare con attenzione e costanza il calendario di corso ed i Forum informativi ai fini di essere sempre aggiornati sulla programmazione delle attività interattive in presenza.

Ricevimento studenti

Il docente sarà sempre reperibile via e-mail o tramite il forum "Comunica col docente" presente in piattaforma didattica. Su richiesta degli studenti, il docente sarà disponibile ad organizzare ulteriori incontri interattivi in videoconferenza in date da concordare.