B006262 - CHIMICA

Modello atomico della materia. Sistema periodico. Legame chimico. Composti chimici e loro reazioni; stechiometria. Diagrammi di fase. Termodinamica. L’equilibrio chimico. Cinetica chimica. Elettrochimica. Elementi di chimica inorganica e cenni di organica.

Bertini, Luchinat, Mani, Chimica, Ed.Ambrosiana.
M.S. Silberberg, Chimica, McGraw-Hill.

Conoscenze acquisite: Principi chimico-fisici alla base di tecniche sperimentali di indagini diagnostiche nel campo della conservazione di beni culturali. Aspetti chimico-fisici di tecniche pittoriche, del degrado di opere d’arte e delle metodiche d’intervento conservativo.
Competenze acquisite Per l’impostazione di un programma di misura relativamente alle tecniche sperimentali diagnostiche di cui alle suddette conoscenze acquisite, nonché per la raccolta, l’analisi e l’interpretazione dei dati associati alle misure relative. Per l’individuazione dei materiali costituenti un’opera d’arte in relazione alla tecnica esecutiva, delle variabili concorrenti al degrado di un bene culturale, dei più appropriati materiali/tecniche d’intervento conservativo.
Capacità acquisite al termine del corsoCapacità di: (i) applicare le tecniche d’indagine chimico-fisiche di cui si sono acquisite conoscenza dei principi e competenze specifiche alla risoluzione di semplici problemi di diagnostica nel campo dei beni culturali, (ii) di interpretare correttamente tutti i risultati sperimentali, (iii) di operare in un laboratorio chimico, (iv) di lavorare in gruppo, (v) di esporre oralmente i risultati di un’esperienza di laboratorio chimico, (vi) di esporre oralmente conoscenze ed esperienze acquisite.

Corsi raccomandati: E’ raccomandata la contemporanea frequenza del corso di matematica.

Numero di ore totali del corso: 225 (= 9 x 25)
Numero di ore per studio personale e altre attività formative di tipo individuale: ca. 140
Numero di ore relative alle attività in aula: 42
Numero di ore relative ad attività di laboratorio (lezioni in laboratorio): 42

Orario di ricevimento
Lunedi’ 15-16
Venerdi’ 15-16

Prova finale scritta e orale. Sono previste prove scritte di verifica intermedie, il cui superamento sostituisce la prova finale scritta.

Il modello atomico della materia. Prime informazioni sulla struttura dell'atomo: nucleo atomico ed elettroni. Numero atomico e numero di massa. Nuclidi, isotopi. Unità di massa atomica, masse dei nuclidi relative al 12C, pesi atomici, pesi molecolari, pesi formula. Il concetto di mole, costante di Avogadro. Relazione tra massa, numero di moli, peso molecolare. Chimica nucleare. Distribuzione dei nuclidi in natura. Difetto di massa, energia media di legame per nucleone. Decadimento radioattivo, tempo di dimezzamento. Fusione e fissione nucleare. Struttura elettronica dell'atomo. Radiazione elettromagnetica e quantizzazione. Principio di indeterminazione. Livelli energetici dell'atomo di idrogeno, numeri quantici, orbitali idrogenoidi e loro simboli. Proprietà di spin e relativo numero quantico. Atomi polielettronici: andamento dei valori di energia dei sottostrati di orbitali. Criteri di riempimento degli orbitali e configurazioni elettroniche degli atomi. Il Sistema Periodico degli elementi; periodi e gruppi; gruppi principali e di transizione. Principali proprietà periodiche: andamento, in funzione del numero atomico, della energia di 1a ionizzazione, della affinità elettronica, dei raggi atomici; elettronegatività (proprietà periodica derivata). Relazioni tra raggi atomici e ionici. Il legame chimico. Legame covalente, fattori che ne determinano la formazione. Legame covalente singolo. Polarità del legame tra atomi diversi. Legame "sigma" e "pi-greco"; legami multipli. Configurazione otteziale e suo superamento. Scrittura di formule (di Lewis) di struttura elettronica; risonanza e formule limiti. Geometria molecolare e teoria delle repulsioni tra coppie elettroniche. Orbitali ibridi. Il legame ionico come forma limite del legame covalente polare. Fattori determinanti la stabilità del legame ionico allo stato solido. Esempi di strutture di solidi ionici. Energia reticolare. Il legame metallico: sue caratteristiche e distinzione tra metalli e non metalli. Relazioni tra la natura del legame (covalente esteso, covalente molecolare, ionico, metallico) nei solidi ed alcune proprietà dei solidi stessi. Il legame a idrogeno. Interazioni deboli intermolecolari: forze di Van der Waals. Esame sistematico dei tipi di legame formati dalle sostanze elementari: andamenti lungo la tavola periodica. Numeri di ossidazione degli atomi nei composti. Classificazione, nomenclatura, esame delle proprietà distintive (soprattutto natura del legame ed eventuale reattività acido-basica) dei principali tipi di composti inorganici: idruri, ossidi, idrossidi, ossoacidi, sali, composti di coordinazione. Reazioni chimiche (di precipitazione, acido-base ed ossido-riduzione) e bilanciamento delle equazioni di reazione. Applicazioni di calcolo stechiometrico. Stati di aggregazione e transizioni di stato. Equazione di stato dei gas perfetti. Principio di Avogadro. Cenno sulla teoria cinetica dei gas. Curva di distribuzione delle velocità molecolari. Gas ideali e gas reali: andamento con la pressione del coefficiente di compressibilità. Miscele gassose (ideali), pressione parziale. Proprietà distintive dello stato liquido. I processi di evaporazione e di ebollizione; tensione di vapore di un liquido. Isoterme in un diagramma P/V relative agli stati liquido e gassoso; parametri critici. Diagrammi di stato dell’acqua e del diossido di carbonio. Nozioni essenziali sullo stato solido. Le soluzioni. Modi di esprimere la concentrazione di un soluto. Saturazione e solubilità. Meccanismi dei processi di dissoluzione dei solidi in liquidi. Soluzioni dei gas. Proprietà colligative delle soluzioni. Diagrammi di fase per sistemi a due componenti. L'equilibrio chimico. Equilibri in fase gassosa ed estensione a quelli in soluzione ed in fase eterogenea. Legge di azione di massa ed espressione della costante di equilibrio. Il Principio di azione e reazione, di Le Chatelier, e sue applicazioni; effetto di variazioni di concentrazione, pressione, temperatura sullo stato di equilibrio. Termodinamica chimica. Primo e secondo principio della termodinamica. Funzioni di stato energia interna, entalpia, entropia ed energia libera di Gibbs. Entalpia di reazione ed entalpia di formazione. Andamento dell’energia libera molare di una sostanza con la temperatura. ΔG standard e costante di equilibrio. Proprietà acide e basiche delle sostanze, aspetti quantitativi. Teoria di Brönsted. Reazioni di dissociazione acida e idrolisi basica in acqua. Definizioni delle costanti di dissociazione acida e di idrolisi basica, Ka e Kb. Grado di dissociazione. Autoprotolisi dell'acqua e suo prodotto ionico. Acidi e basi coniugati; acidi e basi polifunzionali; specie anfiprotiche. Effetto di livellamento di acidi e basi forti. Costante di equilibrio di una reazione acido-base in relazione ai valori di Ka o Kb delle specie reagenti e prodotte. Relazione tra il valore della Ka1 di un ossoacido e la sua formula. Processi di idrolisi di sali. Definizione e scala del pH (e pOH); definizioni di pKw, pKa, pKb. Calcolo del pH di soluzioni di acidi o basi, forti o deboli, eventualmente in presenza di specie a comune. Curve di distribuzione di specie coniugate. Soluzioni tampone: loro natura e funzionamento, calcolo del relativo pH. Processi di titolazione acido-base. Equilibri nei sistemi eterogenei. Prodotto di solubilità (Kps). Relazione tra Kps e solubilità molare. Effetto di ioni a comune sulla solubilità. Formazione o ridiscioglimento di precipitati, in particolare di idrossidi, carbonati e solfuri metallici, tramite variazioni di pH. Discioglimento di precipitati o inibizione della precipitazione tramite complessazione. Cinetica chimica. Definizione di velocità di reazione. Misura della velocità (iniziale). Ordine e molecolarità di una reazione. Cinetica del 1° ordine. Catalisi. Elettrochimica. Celle galvaniche, forza elettromotrice. Elettrodo di riferimento e potenziali standard di riduzione; potenziali di elettrodo e processi ossido-riduttivi; attacco dei metalli. Dipendenza del potenziale di elettrodo dalle concentrazioni, l’equazione di Nernst. L’elettrolisi.Elementi di chimica inorganica: principali classi di composti inorganici e nozioni sulle proprietà di importanti elementi e loro composti. Cenni di chimica organica.