TUTOR: Alessandro Maccelli Sapienza Università di Roma – Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Corso di Laurea in Ingegneria Clinica (9 CFU) A-O Anno Accademico 2018-2019 CHIMICA RICEVIMENTO: mar 1400 – 1500; ven 1400 – 1500 Via Castro Laurenziano 7, studio 2 05, int. 26736 e-mail: rita.petrucci@uniroma1.it www.sbai.uniroma.it/users/petrucci-rita Testi consigliati TUTOR: Alessandro Maccelli mer 1800 - 1900 e-mail: alessandro.maccelli@uniroma1.it Petrucci et al. PICCIN D’Arrigo et al. EdiSES Tro EdiSES Atkins / Jones Zanichelli Schiavello / Palmisano EdiSES

(data inizio appello, prova scritta) MODALITA’ di ESAME PROVA SCRITTA, richiesto voto minimo di 15/30 per ammissione alla PROVA ORALE Prenotazione obbligatoria su INFOSTUD APPELLI (data inizio appello, prova scritta) 1° 6 giugno 2019 prenotazioni dal 15/05 al 31/05 2° 5 luglio 2019 “ dal 15/06 al 30/06 3° 16 settembre 2019 “ dal 1/09 al 10/09 4° gennaio 2019 da definire 5° febbraio 2019 da definire Ultimo appello utile per CFU iscrizione 2^ anno Appelli straordinari RISERVATI AGLI AVENTI DIRITTO: 19 marzo 2019 e 5 novembre 2019

(in collaborazione con l’Osservatorio Didattico) QUALCHE CONSIGLIO (in collaborazione con l’Osservatorio Didattico) Gli esami NON si provano: SI FANNO Programmare le date degli appelli dall’inizio del semestre (noi lo facciamo)   NON mollare mai la frequenza delle lezioni Si può rallentare o sospendere momentaneamente lo studio di una materia, ma ogni LEZIONE LASCIATA E’ PERSA Organizzare GRUPPI DI STUDIO (piccoli): il confronto aiuta e si ottengono risultati migliori (E’ anche più divertente) NON perdere le ore dei TUTOR: sono preziosi Noi lo sappiamo: per questo facciamo i salti mortali per riuscire ad averli NON scegliere cosa frequentare sulla base di simpatie o sentito dire EVITARE l’iscrizione al 2^ anno con il minimo dei CFU necessari: il 2^ anno sarebbe una inutile rincorsa (meglio RIPETENTE che FUORI CORSO) NON aspettare di avere a gennaio i CFU per iscriverti al 2^ anno: sarebbe ancora più inutile NON rifiutare voti, soprattutto al 1^ anno: c’è tempo per alzare la media Pensare per tempo agli esami a scelta: il 3^ anno è molto impegnativo Presentare al più presto il PIANO di STUDI e ANTICIPARE gli opzionali è un’ottima idea

lavorazione dei metalli fermentazione 3500 a.C lavorazione dei metalli arte agricoltura guerre saponificazione commercio Mesopotamia 2800 a.C. SOCIETA’ QUALITA’ DELLA VITA lavorazione del vetro 4000 a.C fibre ottiche! elettronica!

La chimica è la scienza sperimentale che studia la materia e le sue trasformazioni MATERIA: tutto ciò che ha Massa e occupa uno Spazio, con proprietà fisiche e chimiche Stato della materia Trasformazione della materia Proprietà e Trasformazioni della MATERIA avvengono nel mondo MACROSCOPICO MA dipendono dalla natura della materia che va cercata nel mondo MICROSCOPICO di atomi e molecole H2O Massa ≠ Peso TRIGONELLINA Cos’è la chimica? CLOROFILLA SILICIO CIANIDINA COMPUTER CAFFEINA CELLA FOTOVOLTAICA CAROTENE

Acido acetilsalicilico Piccole differenze a livello MICROSCOPICO grandi differenze a livello MACROSCOPICO Acido salicilico NATURALE Acido acetilsalicilico Morfina NATURALE Diacetilmorfina o eroina

Come si presenta la materia?

con proprietà costanti omogenea (una fase) eterogenea (due o più fasi) separo le fasi FASE: porzione di materia con proprietà costanti in ogni punto

Come si presenta la materia? Etanolo C2H6O C (s, grafite) Sb Cu SIMBOLO FORMULA C (s, grafite) Sb Cu In forma: monoatomica molecolare cristallina metallica K2Cr2O7 Può essere decomposto in elementi con metodi chimici KMnO4 Etanolo C2H6O NaCl CuSO4 5 H2O

Quanti tipi di atomi diversi? Il percorso della chimica è stato lungo e tortuoso Da interazione tra Fisica e Chimica oggi profonda conoscenza del mondo microscopico Dalla chimica elevatissimo numero di nuove MOLECOLE progresso in molti campi Ma tutte le MOLECOLE sono costituite da mattoncini: gli ATOMI Quanti tipi di atomi diversi? POCHI ! 92 ELEMENTI naturali 26 ELEMENTI sintetici

La scoperta di QUATTRO ELEMENTI CHIMICI SUPERPESANTI da parte di scienziati russi, americani e giapponesi è stata verificata dagli esperti della International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC e gli elementi sono stati FORMALMENTE AGGIUNTI alla tavola periodica. I quattro nuovi elementi vanno a completare la settima riga della tavola periodica degli elementi. La IUPAC ha avviato il processo di formalizzazione dei nomi e dei simboli per questi elementi denominati temporaneamente come Ununtrium (Uut o elemento 113),Ununpentium (Uup, elemento 115), Ununseptium (Uus, elemento 117) e Ununoctium (Uuo, elemento 118)». Potrebbero essere metalloidi.

Chimica organica: i composti del CARBONIO Quando si dice Chimica! Nomenclatura Sintesi Meccanismi Metodi fisici di riconoscimento e caratterizzazione Risonanza Magnetica Nucleare NMR Spettrometria di massa MS Spettroscopia infrarossa IR

Biochimica: chimica delle molecole della «vita» Quando si dice Chimica! Biochimica: chimica delle molecole della «vita» Carboidrati: funzione strutturale e di riserva energetica Lipidi: funzione strutturale, ormonale … saccarosio Proteine: funzione strutturale (collagene); di trasporto (emoglobina); catalitica (enzimi); trasmissione impulsi nervosi; ormonale (insulina) … MA anche tossine e allergeni Acidi nucleici: DNA e RNA emoglobina

CHIMICA GENERALE E INORGANICA: I FONDAMENTI Chimica analitica: Riconoscimento, caratterizzazione chimico-fisica e determinazione qualitativa e quantitativa di un componente in un campione. Quando si dice Chimica! Cromatografia: GC; LC; TLC … Analisi di un vino Analisi proteine nel sangue Elettroforesi Chimica-fisica: applica le leggi fisiche ai sistemi fisici «atomo» e «molecola» Meccanica quantistica - Meccanica statistica - Termodinamica/Termochimica Cinetica chimica – Elettrochimica - Chimica nucleare Fenomeni di trasporto … CHIMICA GENERALE E INORGANICA: I FONDAMENTI

dall’Alchimia alla Chimica fermentazione lavorazione del vetro saponificazione Mesopotamia 2800 a.C. Dalle leggi ponderali alla prima teoria atomica dall’Alchimia alla Chimica Dalton 1766-1844 Proust 1754-1826 Galileo Galilei 1564-1642 Il Metodo Scientifico 1660 Boyle 1627-1691 Lavoisier 1743-1794

La chimica è una scienza sperimentale in cui l’avanzamento della conoscenza si basa su fatti sperimentali riproducibili e interpretabili: come procedere? Il metodo scientifico Osservazione di un fenomeno (condizioni controllate e riproducibili) Misura di una o più grandezze: dato sperimentale Ipotesi (da verificare con altri esperimenti) Teoria Il chimico osserva e lavora su un piano MACROSCOPICO pensa su un piano MICROSCOPICO e rappresenta su un piano SIMBOLICO «nessuna quantità di esperimenti potrà dimostrare che ho ragione; un unico esperimento potrà dimostrare che ho sbagliato»

Dato sperimentale e affidabilità: la misura MISURARE una GRANDEZZA significa confrontare quella grandezza con un'altra di riferimento, ad essa omogenea, detta unità di misura. Dato sperimentale e affidabilità: la misura Valore Dimensione Unità di Misura SI (1960) * Sensibilità (cifre significative) Fondamentali dipende dallo strumento di misura Derivate * Accuratezza (valor medio/valor vero) e * Precisione (riproducibilità) Errore sistematico (incide su accuratezza) casuale (incide su precisione) (dipendono dal metodo e dall’operatore)

Probabile errore casuale Probabile errore sistematico

Cifre significative Elaborazione dei dati

Un po’ di storia… * Legge della conservazione delle masse (Lavoisier) Esperimenti sulla fermentazione del vino * Legge della conservazione delle masse (Lavoisier) 50 g Cu + 25 g S = 75 g CuS 50 g Cu + 25 g S = 75 g CuS 50 g Cu + 50 g S = 75 g CuS + 25 g S * Legge delle proporzioni definite (Proust) N(cost) O NO 14 g 16 g 16/8=2 NO2 14 g 32 g 32/8=4 N2O 14 g 8 g 8/8=1 N2O3 14 g 24 g 24/8=3 N2O5 14 g 40 g 40/8=5 * Legge delle proporzioni multiple (Dalton): Prima teoria atomica (Dalton) materia costituita da particelle indivisibili dette atomi 2.. 3. 4. 5. Ma… le masse atomiche? E le formule chimiche?

*Legge di combinazione dei volumi … da studi sui gas! P, T *Legge di combinazione dei volumi Gay-Lussac (1778-1850) * Ipotesi di Avogadro: volumi uguali di gas nelle stesse condizioni di P e T contengono lo stesso numero di particelle Avogadro (1776-1856) *Ipotesi di Cannizzaro: molecola biatomica dell’idrogeno (H2 ) con massa molecolare 2 Da Vx/ VH2 => rapporti in massa (per ipotesi Avogadro) => massa molecolare gas Masse atomiche riferite alla massa 2 dell’idrogeno! Cannizzaro (1826-1910) OGGI: amu (atomic mass unity) o Da (Dalton) 1 amu = 12ma parte della massa di un atomo di 12C 1 atomo di 12C pesa 1,992x10-26 kg => 1 amu pesa 1,660x10-27 kg

la massa degli atomi come Massa Atomica relativa In amu si esprime: la massa degli atomi come Massa Atomica relativa la massa delle molecole come Massa Molecolare relativa la massa dei composti ionici come Massa Formale relativa la massa delle particelle subatomiche Dato un elemento Isotopi Abbondanza isotopica Determinazione delle masse atomiche e molecolari: la spettrometria di massa Massa Atomica media 6C ha 15 isotopi, ma solo 3 sono naturali: 12C (98,93%) 13C (1,07%) 14C radioattivo (emivita 5700 anni) 1H ha 3 isotopi naturali: 1H 2H 3H radioattivo (emivita 12,32 anni)

è il tramite tra il microscopico macroscopico (osservo e lavoro) microscopico (penso) simbolico (rappresento) 1 atomo di 12C pesa 1,992x10-26 kg 0,012 kg di 12C / 1,992x10-26 kg/atomo = 6,02x1023 atomi 12 g di 12C contengono 6,02x1023 atomi = numero di Avogadro la mole: è il tramite tra il microscopico e il macroscopico! Posso pesare atomi e molecole! m (g) : M (g mol-1) = n (mol) RICORDARE SEMPRE!

Massa atomica/molecolare/ CoCl2 2 H2O grafite (C) KMnO4 K2Cr2O7 CoCl2 6 H2O Antimonio (Sb) Massa atomica/molecolare/ formale (amu) Massa molare (g mol-1) NaCl CuSO4 5 H2O rame (Cu) 342 g saccarosio 46 g etanolo 180 g glucosio 18 g acqua 278 g FeSO4 7H2O 58 g NaCl 100 g CaCO3 78 g Na2O2

STECHIOMETRIA: mole Reazione chimica Equazione chimica Studio sistematico QUANTITATIVO delle trasformazioni chimiche mole Reazione chimica Equazione chimica

Legge della conservazione delle masse (Lavoisier) Eq. non bilanciata Bilanciamento delle masse Coefficienti stechiometrici Eq. bilanciata!

Qual è il reagente limitante? Cosa succede se i reagenti non sono presenti nei corretti rapporti stechiometrici? 2 H2 + O2 = 2 H2O 2 : 1 : 2 Reagente limitante! Reagenti 2 Prodotti 5 1 Qual è il reagente limitante? 1 1