Obiettivi formativi
Conoscenze:
il corso ha lo scopo di fornire i concetti fondamentali indispensabili per intraprendere lo studio della Chimica come disciplina di base. In particolare affronterà i concetti alla base della disciplina quali: struttura della materia, processi energetici che la regolano, interazioni fra le molecole e reattività delle stesse.
Capacità di comprensione:
viene curata l'acquisizione di un linguaggio formalmente corretto, viene stimolata la capacità di esprimere i contenuti in modo chiaro e lineare, vengono sottolineati i collegamenti tra le diverse parti del corso e come queste contribuiscano alla comprensione globale del sistema alimento.
Applicazione delle conoscenze:
il corso fornisce gli strumenti per interpretare in modo razionale la composizione molecolare degli alimenti ed il ruolo che le diverse componenti rivestono. Stimola, nello studente la comprensione a livello profondo, in chiave molecolare, di eventi che precedentemente erano stati affrontati solo in maniera fenomenologica
Prerequisiti
Si auspicano conoscenze matematiche e fisiche di base
Contenuti dell'insegnamento
Il Corso, di durata "annuale" è suddiviso in 2 moduli: il modulo di CHIMICA GENERALE ED INOLRGANICA (CGI, I SEMESTRE) a cui segue il modulo di CHIMICA ORGANICA (CO, II SEMESTRE). Il modulo di CGI ha lo scopo di fornire i concetti fondamentali indispensabili per intraprendere lo studio della Chimica come disciplina di base. Vengono affrontati, durante il corso, gli aspetti di struttura dei composti chimici e della razionalizzazione a livello cinetico e termodinamico di ogni processo chimico. Particolare attenzione viene poi data ai concetti di acidità e basicità anche in relazione alla tavola periodica.
Il modulo di CO, sfruttando i concetti fondamentali forniti nella prima parte del corso, affronta lo studio della reattività dei gruppi funzionali e delle molecole polifunzionali. In particolare vengono affrontati i composti che sono più importanti per il settore agroalimentare: alcoli, eteri, ammine, esteri, ammidi, emiacetali, acetali, zuccheri, ammino acidi, acidi grassi, che sono fondamentali per la funzionalità degli alimenti. Per meglio comprendere i concetti fondamentali vengono trattati esempi pratici dove tali concetti sono applicati.
Programma esteso
Prima parte (Chimica Generale ed Inorganica)
- La materia, atomi e molecole. Struttura dell'atomo, protoni, neutroni, elettroni, numero atomico, peso atomico. Orbitali atomici, distribuzione degli elettroni. Proprietà periodiche: energia di ionizzazione, affinità elettronica, raggio atomico. ioni
- Il legame chimico. Teoria dell'orbitale
Programma esteso PROGR_EST No Prima parte (Chimica Generale ed Inorganica)
- La materia, atomi e molecole. Struttura dell'atomo, protoni, neutroni, elettroni, numero atomico, peso atomico. Orbitali atomici, distribuzione degli elettroni. Proprietà periodiche: energia di ionizzazione, affinità elettronica, raggio atomico. ioni
- Il legame chimico. Teoria dell'orbitale molecolare e del legame di valenza. Orbitali ibridi. Strutture di Lewis di molecole neutre e ioniche, cariche formali, formule di risonanza. Radicali. Proprietà dei legami covalenti. Legami covalenti polarizzati e polarità. Legami ionici.
- Formule chimiche e numero di ossidazione. I composti inorganici più comuni e loro nomenclatura: ossidi, anidridi, acidi, basi, sali. Il concetto di mole ed utilizzo nei calcoli chimici, densità, composizione percentuale.
- Reazioni chimiche. Legge di Lavoisier, bilanciamento stechiometrico delle masse. Reagente limitante, introduzione all'equilibrio chimico, resa di reazione. Reazioni in soluzione acquosa, solvatazione, composti solubili ed insolubili. Reazioni di doppio scambio, equazioni ioniche nette. Acidi e basi secondo Arrenhius e secondo Bronsted, reazioni acido-base, reazioni di spostamento. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.
- Termodinamica. Le forme di energia. Prima legge della termodinamica, entalpia, calore di reazione. Entropia, seconda legge della termodinamica. Energia libera di Gibbs
- 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.
- Soluzioni. Fasi disperse: emulsioni e sospensioni, emulsionanti. Metodi per misurare la concentrazione delle soluzioni: percentuale, molarità, molalità. solubilità, dipendenza dalla temperatura. Soluzioni e miscele a più componenti: legge di Raoult e legge di Henry. Proprietà colligative: innalzamento ebullioscopico, abbassamento crioscopico, osmosi.
- Equilibrio chimico. Costanti di equilibrio, perturbazione dell'equilibrio, legge di Le Chatelier. Equlibri acido-base. Definizione di acidità e basicità secondo Arrenhius e secondo Bronsted-Lowry. Prodotto ionico dell'acqua, il pH. forza delgi acidi e delle basi, acidi e basi forti e deboli, Ka e Kb. Calcolo del pH di soluzioni di acidi e basi forti. Stima del pH di soluzioni di acidi e basi deboli. Idrolisi basica e acida dei sali, soluzioni tampone.
-Cinetica chimica. Velocità di reazione, legge cinetica. Effetto della temperatura, della concentrazione, teoria degli urti. Equazione di Arrenhius. Catalizzatori.
Seconda Parte (Chimica Organica)
- Composti organici. Ibridazione del carbonio, gruppi funzionali comuni, classi di molecole organiche.
- Alcani: struttura, nomenclatura, proprietà chimico-fisiche, conformazioni. Cicloalcani. Reattività del legame C-H: combustione, autoossidazione, 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.
- Chiralità. Configurazione relativa ed assoluta. Enantiomeri e disatereoisomeri.
- 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. Tioli. Solfuri.
- Composti aromatici, aromaticità e regole di Huckel, nomenclatura e proprietà. Introduzione alla reattività dei composti aromatici.
- Aldeidi e Chetoni. Struttura, nomenclatura, reattività di base. Acetali, sintesi e reattività. Immine ed enammine.
- Carboidrati, struttura, nomenclatura e proprietà. Isomeria ottica. Monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi, glicosidi.- Acidi carbossilici: struttura, nomenclatura, proprietà acido-base.
- Derivati degli acidi carbossilici. Meccanismo della sostituzione nucleofila acilica. Cloruri acilici, Esteri, Ammidi: struttura, nomenclatura, reattività generale.
- Ammine: struttura, nomenclatura, proprietà acido-base.
- Amminoacidi: proprietà acido-base, punto isoelettrico. Proteine.
- Lipidi
Bibliografia
Per la parte di Chimica generale si consiglia uno dei seguenti testi (tutti disponibili per la visione nello studio del professore):
1. Tro, Nivaldo J. : INTRODUZIONE ALLA CHIMICA. Sesta Edizione, Pearson Italia Editore, Milano-Torino
2. F. Demartin, et al. FONDAMENTI DI CHIMICA GENERALE, EdiSES Università, Napoli
Per la parte di Chimica Organica si consiglia uno dei seguenti testi (tutti disponibili per la visione nello studio del professore):
1. J. G. Smith: FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA, Quarta Edizione, Mc Graw Hill (con eserciziario)
2. W.H. Brown, T. Poon: INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ORGANICA. Editore EdiSES Università, Napoli
3. Klein, D. FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA. Pearson Italia Editore, Milano-Torino
Metodi didattici
Il corso si svolge in 64 ore di lezioni frontali, e 15 ore di esercitazioni e sarà gestito nei due semestri in modo integrato da entrambi i docenti.
Le lezioni saranno svolte "in presenza" e le slides verranno caricate sul portale Elly del corso. Durante le ore frontali, gli studenti vengono guidati alla comprensione dei concetti di base ed Metodi didattici ed applicativi della Chimica Generale ed Organica. Dopo ogni set di argomenti sono programmate esercitazioni in aula con lo scopo di permettere allo studente di valutare il proprio grado di comprensione della materia. A tale scopo sono proposti problemi che vengono discussi in concertazione con gli studenti. A integrazione delle esercitazioni in aula con i docenti, è previsto un monteore esercitativo aggiuntivo patrocinato dal "Progetto IDEA" e gestito da un docente terzo vincitore di un apposito bando. Queste esercitazioni, anche se facoltative, sono fortemente consigliate a tutti gli studenti.
Modalità verifica apprendimento
La prova finale consiste in una prova scritta di chimica generale, seguita da una prova scritta di chimica organica, contenenti ciascuna quesiti a risposta multipla e/o a risposta aperta. La durata della prova di chimica generale sarà di 1,5 ore, quella della prova di chimica organica di 1 ora. Alcuni problemi delle due prove prevedono la risoluzione su un foglio che verrà consegnato al docente insieme alla prova. Verrà assegnato 1 o 2 punti ad ogni risposta corretta, 0 punti ad ogni risposta non data e -0,25 ad ogni risposta errata. Entrambe le prove devono essere superate con una votazione che deve essere superiore a 18/30. La votazione finale sarà la media fra le due prove.
Altre informazioni
Il materiale didattico è fornito agli studenti all’inizio del corso.
I docenti si intratterranno con gli studenti per chiarimenti e discussioni al termine della lezione e saranno disponibili a fornire ulteriori chiarimenti, previo appuntamento.
