Docente

prof. Walter Baratta (vitacolonna@dimi.uniud.it

prof. Paolo Giannozzi (vitacolonna@dimi.uniud.it)

Indirizzo e-mail e sito web

Prof. Walter Baratta

Tel. 0432 – 558889

e-mail:  HYPERLINK "mailto:walter.baratta@uniud.it"walter.baratta@uniud.it

Prof. Paolo Giannozzi

Tel. 0432 – 558216

e-mail:  HYPERLINK "mailto:paolo.giannozzi@uniud.it"paolo.giannozz@uniud.it

web:   HYPERLINK "http://www.fisica.uniud.it/~giannozz/"http://www.fisica.uniud.it/~giannozz/

Crediti

9 CFU

Obiettivi del corso

Lo scopo del corso è di fornire concetti e conoscenze di base della fisica e della chimica. In particolare, si tratterà l'uso delle unità di misura e delle quantità vettoriali, i fondamenti della cinematica, della meccanica, dell'idrostatica e dell'idrodinamica, il concetto di campo, le forze elettromagnetiche. Si tratterà inoltre la struttura della materia, le proprietà degli elementi del sistema periodico, le leggi che regolano le reazioni chimiche, il loro bilanciamento e gli aspetti cinetici e termodinamici, con particolare riferimento agli equilibri e ai processi ossido-riduttivi. Verranno inoltre effettuate esercitazioni pratiche per acquisire la fondamentale manualità di laboratorio.

Programma

Modulo I

(6 CFU, prof. Walter Baratta)

1. La composizione della materia. Elementi, composti e miscele. Atomi. Particelle elementari. Peso atomico. Molecole. Peso molecolare. Mole e numero di Avogadro. Composizione percentuale dei composti chimici. Formule chimiche.

2. Le reazioni chimiche. Simbologia delle reazioni. Bilanciamento delle equazioni. Relazioni ponderali nelle equazioni chimiche. Calcoli stechiometrici. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.

3. Atomi e molecole. La struttura dell'atomo di idrogeno. Orbitali atomici e numeri quantici. La struttura degli atomi polielettronici. Il principio di esclusione e regola di Hund. Sistema periodico degli elementi. Potenziale di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività.

4. Il legame chimico. Legame ionico, covalente, metallico. Regola dell'ottetto. Strutture di Lewis per molecole biatomiche e poliatomiche. La teoria del legame di valenza. Teoria dell'orbitale molecolare. Molecole biatomiche e poliatomiche. Orbitali ibridi. Interazioni deboli fra atomi, ioni, molecole. Il legame a ponte di idrogeno.
5. Lo stato gassoso. Proprietà e leggi dei gas. Temperatura assoluta. Il gas ideale. Equazione di stato dei gas reali. Legge di Van der Waals. Miscele gassose e legge di Dalton. La liquefazione dei gas.

6. Solidi e liquidi. Le soluzioni. Proprietà dei solidi e dei liquidi. Cambiamenti di stato. Equilibri liquido-vapore e solido-vapore. Tensione di vapore. Diagrammi di stato. Le soluzioni. Modi di esprimere la composizione di una soluzione. Proprietà colligative delle soluzioni. Miscele liquide binarie. Distillazione frazionata. Azeotropi.

7. Cinetica chimica. Aspetti termodinamici e cinetici di una reazione chimica. Velocità di reazione. Fattori che influenzano la velocità. Equazioni cinetiche e ordine di reazione. Energia di attivazione. Dipendenza dalla temperatura. Catalisi e catalizzatori.

8. Equilibrio chimico. Descrizione dell'equilibrio chimico. La costante di equilibrio. Principio dell'equilibrio mobile. Influenza della concentrazione, della pressione e della temperatura. Equilibri di dissociazione. Equilibri simultanei.

9.  Acidi e basi. Definizioni. Relazione fra acidità e struttura molecolare. Prodotto ionico dell'acqua. Forza di un acido e di

una base. Ka e Kb. Definizione e calcolo del pH di una soluzione. Soluzioni tampone. Indicatori acido-base e misura del pH. Titolazioni acido base.

10. Equilibri eterogenei. Equilibri di solubilità. Prodotto di solubilità.  Reazioni di precipitazione.

11. Elettrochimica. Reazioni ossidoriduttive chimiche ed elettrochimiche. Elettrolisi. Pile. Potenziale di un elettrodo. Formula di Nerst. La serie elettrochimica e le reazioni redox.

Modulo II

(3 CFU, prof. Paolo Giannozzi)

1. Richiamo di fisica generale: unità di misura, vettori, cinematica del punto materiale.

2. Forze e leggi di Newton, energia cinetica e potenziale, conservazione dell'energia.

3. Sistemi di particelle e corpi rigidi: quantità di moto, momento delle forze, momento angolare.

4. Pressione idrostatica, teorema di Bernoulli.

5. Campo elettrico e potenziale elettrico; circuiti, condensatori, resistenze.

6. Campo e forze magnetiche.

Bibliografia

“La chimica di base” F. Nobile, P. Mastrorilli (Casa Editrice Ambrosiana)

“Chimica Generale ed Inorganica” Sacco, Pasquali, Marchetti (CEA, Milano)

“Problemi di Chimica” A. Del Zotto, Forum, Editrice Universitaria Udinese

“Principi di Fisica” Vol. I, J.W. Jewitt & R.A. Serwey (EdiSES)

Modalità d'esame

Modulo I: esame scritto

Modulo II: esame scritto

Orario di ricevimento

Prof. Walter Baratta: libero previo appuntamento

Prof. Paolo Giannozzi: libero previo appuntamento

GENERAL CHEMISTRY AND PHYSICS

Objectives

The goal of this course is to introduce basic concepts and to provide basic knowledge of physics and chemistry. In particular, the following arguments will be introduced: units of measure, vector quantities, kinematics; mechanics, hydrostatics and hydrodynamics; the concept of "field", electromagnetic forces; the structure of matter, properties of elements of the periodic table, the laws ruling the chemical reactions, their balance and their kinetic and thermodynamical aspects, with reference in particular to equilibria and to redox processes. The course will include a set or practical sessions, aimed at acquiring the basic manual skills needed in the laboratory.

Syllabus

Modulo I

(6 CFU, prof. Walter Baratta)

1. The composition of matter. Elements, compounds and mixtures. Atoms. Elementary particles. Atomic weight. Molecules. Molecular weight. Moles and Avogadro number. Percent composition of chemical compounds. Chemical formulae.

2. Chemical reactions. Notation of reactions. Equation balancing. Weight relations in chemical equations. Stoichiometry. Redox reactions and their balancing.

3. Atoms and molecules. The structure of the Hydrogen atom. Atomic orbitals and quantum numbers. The structure of multi-electron atoms. Exclusion principle and Hund's rule. Periodic system of the elements. Ionization potential, electron affinity, electronegativity.

4. The chemical bonding. Ionic, covalent, metallic bonding. Octet rule. Lewis structures for diatomic and polyatomic molecules. Theory of valence bond. Theory of molecular orbitals. Diatomic and polyatomic molecules. Hybrid orbitals. Weak interactions between atoms, ions, molecules. Hydrogen bond.
5. The gas state. Gas properties and laws of gases. Absolute temperature. Ideal gas. Equation of state of real gases.  Van der Waals laws. Gas mixtures and Dalton's law. Liquefaction of gases.

6. Solids and liquids. Solutions. Properties of solids and of liquids. Change of state. Liquid-vapor and solid-vapor equilibria. Vapor pressure. State diagrams. Solutions. How to express the composition of a solution. Colligative properties of solutions. Binary liquid mixtures. Fractional distillation. Azeotropes.

7. Chemical kinetics. Thermodynamical and kinetic aspects of a chemical reactions Speed of reaction. Factors affecting the speed. Kinetic equations and order of reaction. Activation energy. Temperature dependence. Catalysis and catalysts.

8. Chemical equilibrium. Description of the chemical equilibrium. Equilibrium constant. Principle of mobile equilibrium (Le Chatelier). Effects of concentration, of the pressure and of the temperature. Dissociation equilibria. Simultaneous equilibria.

9.  Acids and bases. Definitions. Relation between acidity and molecular structure. Self-ionization constant of water.  Strength of an acid and of a base. Ka and Kb. Definition and calculation of the pH of a solution. Buffer solution. Acid-base indicators, measure of pH. Acid-base titrations.

10. Heterogeneous equilibria. Solubility equilibria. Solubility products.  Precipitation reactions..

11. Electrochemistry. Chemical and electrochemical redox reactions. Electrolysis. Batteries. Electrode potential. Nernst formula. The electrochemical series and redox reactions.

Modulo II

(3 CFU, prof. Paolo Giannozzi)

1. Summary of general physics: units of measure, vectors, kinematics of the point particle.

2. Forces and Newton's laws, kinetic and potential energy, energy conservation.

3. Systems of many particles, rigid bodies: momentum, torque, angular momentum.

4. Hydrostatic pressure, Bernoulli's law.

5. Electric field and electrostatic potential; circuits, capacitors, resistors.

6. Magnetic field and forces.

Textbooks

“La chimica di base” F. Nobile, P. Mastrorilli (Casa Editrice Ambrosiana)

“Chimica Generale ed Inorganica” Sacco, Pasquali, Marchetti (CEA, Milano)

“Problemi di Chimica” A. Del Zotto, Forum, Editrice Universitaria Udinese

“Principi di Fisica” Vol. I, J.W. Jewitt & R.A. Serwey (EdiSES)

Exams

Module I: written exam

Module II: written exam

Office hours

Prof. Walter Baratta: any time, upon appointment

Prof. Paolo Giannozzi: any time, upon appointment