Ateneo - UPO

Il corso si compone di una parte teorica e di una di laboratorio. Il corso teorico è incentrato sullo studio delle risorse minerarie globali non rinnovabili e sulla chimica degli elementi inorganici, dei metalli di transizione, dei loro composti inorganici ed organometallici e della chimica di coordinazione come strumento per l'utilizzo efficiente, il recupero e la valorizzazione degli elementi inorganici.
Verranno trattate le principali proprietà degli elementi chimici inorganici, la loro disponibilità a livello globale, la reattività e le caratteristiche utili al loro impiego.
Saranno affrontati i fondamenti della chimica di coordinazione e la formazione e reattività di composti di coordinazione ed organometallici.
Verranno fatti brevi cenni di chimica nucleare. Il corso di laboratorio si articolerà in una parte di descrizione delle tecniche di laboratorio e di caratterizzazione, nell’esecuzione di una serie di esperienze in cui verranno sintetizzati e caratterizzati alcuni composti inorganici, di coordinazione e metallo-organici, nella caratterizzazione dei prodotti usando differenti tecniche analitiche e nella discussione delle esperienze sulla base dei concetti teorici.

Saranno messe a disposizione su D.I.R. copie delle slides proiettate durante il corso e materiale utile per approfondimenti personali. Inoltre, sono consigliati i seguenti testi di chimica inorganica:
M. Weller, T. Overton, J. Rourke, F. Armston, La chimica inorganica di Atkins, Zanichelli
G. L. Miessler, D. A. Tarr, Chimica inorganica, Piccin
Huheey, Keiter, Keiter, Chimica Inorganica, Piccin
N.N. Greenwood, A. Earnshaw, Chimica degli Elementi, Piccin
G. Rayner-Canham, T. Overton, Chimica inorganica descrittiva, Edises

Per la parte di laboratorio:
M. T. Weller, N. A. Young, Characterisation Methods in Inorganic Chemistry, Oxford

CHIMICA INORGANICA (6 CFU):
Lo/a studente/ssa dovrà essere in grado di analizzare e ragionare sui principali aspetti che portano alla definizione di "Critical Raw Materials" attraverso le conoscenze legate agli aspetti geologici, estrattivi, applicativi e geopolitici
Lo/a studente/ssa conoscerà e saprà ragionare sull'uso degli isotopi radioattivi a supporto delle attività dell'uomo (produzione di energia, medicina, uso bellico), analizzando attraverso le conoscenze di radiochimica vantaggi, svantaggi, opportunità e minacce.
Lo/a studente/ssa deve acquisire solide conoscenze sulle caratteristiche, il comportamento chimico e le proprietà degli elementi inorganici dei gruppi principali e dei metalli di transizione, i loro composti, le loro applicazioni industriali e il loro impatto ambientale.
Lo/a studente/ssa dovrà altresì conoscere le basi teoriche su cui si fonda la chimica di coordinazione, a livello di conoscenze (definizione e caratteristiche di un legante, tipologia di leganti e di modalità di legame) e di competenze (identificare modalità, geometria, tipologia di interazione e caratteristiche e proprietà dei complessi).
Inoltre, lo/a studente/ssa dovrà acquisire l’abilità di applicare le nozioni apprese alla soluzione di semplici quesiti proposti a lezione o alla base delle esperienze di laboratorio.
Tra le abilità comunicative lo/a studente/ssa deve acquisire e saper utilizzare un lessico chimico appropriato in relazione agli argomenti affrontati nel corso.
Autonomia di giudizio: gli/le studenti/sse devono acquisire la capacità di analisi critica e di operare scelte comparate.
LABORATORIO (3 CFU):
In questo modulo di laboratorio la preparazione degli/le studenti/sse viene completata con esercitazioni pratiche nel campo della chimica inorganica.
Le conoscenze sviluppate nel corso teorico, quali gli aspetti alla base del comportamento chimico degli elementi dei gruppi principali e dei loro composti e le caratteristiche peculiari delle specie metalliche (acidità e basicità, proprietà redox), le caratteristiche del legame di coordinazione, l’effetto chelante, le caratteristiche delle reazioni proprie dei complessi metallici (costante di formazione, meccanismi di reazione, aspetti cinetici), costituiranno una base culturale per attuare sperimentazioni volte ad integrare, in modo pratico, lo studio teorico.
A supporto delle attività di laboratorio, finalizzate a raggiungere la competenza nella comprensione, individuazione, analisi e caratterizzazione dei processi e dei prodotti oggetto della sperimentazione, verranno introdotti o richiamati i principi base di diverse metodologie di analisi (IR, Raman, UV-Visibile, fluorescenza e diffrazione di raggi X, spettroscopia fotoelettronica, microscopia elettronica, analisi termogravimetrica).
Lo/a studente/ssa dovrà sviluppare l’abilità di eseguire corrette operazioni unitarie di laboratorio e procedure di sintesi, purificazione e caratterizzazione di composti e materiali inorganici e l’abilità di trarre conclusioni sui risultati degli esperimenti in relazione ad alcuni dei concetti appresi nel corso teorico (capacità di giudizio). Inoltre, lo/a studente/ssa svilupperà le proprie abilità comunicative acquisendo ed utilizzando un lessico chimico appropriato agli argomenti del corso, arrivando a scrivere e poi discutere oralmente una relazione su sperimentazioni di ricerca, sui risultati ottenuti nelle esperienze pratiche e compilando il quaderno di laboratorio. Il corso ha anche lo scopo di sviluppare il senso critico che permette allo/la studente/ssa di trarre conclusioni su questioni attinenti agli argomenti trattati. Verrà stimolata la capacità di utilizzare il materiale fornito per uno studio critico e ragionato e come punto di partenza per un approfondimento autonomo (capacità di apprendimento).

Il Corso vede come requisito propedeutico il corso di Fondamenti di Chimica Generale ed Inorganica. Il corso farà riferimento a concetti e aspetti di base trattati nei corsi di Fondamenti di Chimica Fisica e Termodinamica, cinetica e aspetti energetici

Lezioni frontali ed esercizi in aula con discussione collegiale. Lezioni teoriche relative alle esperienze pratiche, esercitazioni in laboratorio finalizzate all’applicazione di concetti base della chimica inorganica e discussione collegiale. Lo/a studente/ssa dovrà compilare un quaderno di laboratorio e lavorerà in gruppo sia nello svolgere le esperienze di laboratorio che nel preparare una relazione scritta sul lavoro svolto.
Apposito materiale verrà messo a disposizione dello/a studente/ssa per la preparazione alle attività pratiche e per l'apprendimento in autonomia.
L’apprendimento in itinere verrà verificato con esercizi in aula e discussione collegiale. La parte teorica del corso è completata da quella di laboratorio e pertanto molti dei concetti teorici verranno ripresi nelle esercitazioni in laboratorio: il controllo dell'apprendimento in itinere verrà effettuato attraverso la discussione dei risultati sperimentali al termine delle esperienze di laboratorio e discussioni collegiali.

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa

Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

CHIMICA INORGANICA: Esame scritto della durata di 2 ore consistente in 16 domande con 4 risposte ciascuna da verificare in modo indipendente (VERO/FALSO) da integrare con una risposta aperta di 5-6 righe a complemento e integrazione delle scelte fatte. Ciascuna domanda viene valutata massimo 2 punti. Le domande saranno scelte in modo da coprire tutto il programma affinché lo/a studente/ssa possa dimostrare di conoscere e di aver compreso i concetti fondamentali della chimica inorganica e di saperli applicare. Il livello di difficoltà corrisponde al programma svolto e ai testi di riferimento indicati. La prova scritta si ritiene superata con una conoscenza dei concetti base corrispondente ad un punteggio non inferiore a 18 punti (18/30). Il massimo punteggio sarà raggiunto dimostrando l’acquisizione di tutte le conoscenze ed abilità/capacità indicate. Questa modalità d’esame permette di verificare le conoscenze teoriche di chimica inorganica (corretta individuazione delle risposte esatte), la capacità di integrarle ed applicarle (con esempi e integrazioni testuali), l’acquisizione di un corretto linguaggio scientifico (ad esempio nella descrizione di grafici e meccanismi di reazione) e l’autonomia di giudizio (attraverso la richiesta di operare scelte ed esprimere giudizi critici). Al punteggio raggiunto con lo scritto verranno aggiunti fino a 6 punti relativi all’esposizione orale relativa a: 1) approfondimento orale in forma di short seminar basato su n.2 articoli della letteratura scientifica; 2) aspetti teorici sull’attività di laboratorio e le tecniche di caratterizzazione; 3) approfondimenti sulle attività di laboratorio. Il punteggio addizionale può essere al massimo di n.5 punti (5/30) se la prova viene svolta in italiano, n. 6 punti (6/30) se svolta in lingua inglese. E' previsto un ulteriore punto per coloro che rielaborino il quaderno di laboratorio in forma di relazione. Questa modalità di valutazione permetterà di valutare le conoscenze teoriche acquisite, l’abilità di applicarle a casi reali, la capacità di scegliere e applicare le tecniche di caratterizzazione adatte e di analizzare criticamente i risultati ottenuti, le abilità comunicative nell’esporre il lavoro svolto, le capacità di apprendimento da attività pratiche. Lo/a studente/ssa che avrà mostrato tutte le abilità e capacità elencate (v. risultati di apprendimento attesi) raggiungerà il punteggio massimo. LABORATORIO: È obbligatoria la frequenza del laboratorio e lo/la studente/ssadovrà tenere un quaderno di laboratorio per sviluppare l’abilità di descrivere un’esperienza svolta e raccogliere dati in modo corretto, nonché dovrà integrare un’analisi critica dei risultati ottenuti nelle esperienze per sviluppare la capacità di trarre conclusioni dalle esperienze effettuate.

CHIMICA INORGANICA: Il corso tratta i seguenti argomenti fondamentali. Distribuzione degli elementi inorganici in natura, materie prime e risorse globali. Cenni di geologia e mineralogia delle risorse inorganiche.
Proprietà, chimica e composti di: Li, Na, Ca, Al, C, Si, P, S. Altri elementi rilevanti per la transizione ecologica.
I metalli di transizione: proprietà, stati di ossidazione, diagrammi di Latimer, Frost e Pourbaix.Teorie del legame di coordinazione: simmetria, teoria dei gruppi, orbitali molecolari. Composti di coordinazione: reazioni acido-base secondo Lewis; principio HSAB di Pearson, complessi acquosi. Costanti di formazione. Effetto chelante e complessi interni. Stechiometria e geometria dei complessi. Teoria CF e teoria LF: complessi a geometria ottaedrica, tetraedrica e planare quadrata; complessi ad alto e basso spin; proprietà magnetiche. Effetto Jahn-Teller; spettri elettronici e serie spettrochimica. Leganti -donatori, leganti -donatori e -accettori. Regola EAN. Reattività dei complessi: effetto della complessazione sui potenziali redox dei cationi metallici. Meccanismi elementari di sostituzione nei complessi. Composti organometallici: composti metallo-carbonilici binari, leganti organici più comuni, metalloceni. Radiochimica: stabilità nucleare, emissioni nucleari, decadimento, bilanciamento delle reazioni nucleari, principali famiglie di radioisotopi naturali, rilevatori di particelle, applicazioni pacifiche della fissione nucleare, arricchimento in 235-U, scorie radioattive. Cenni di applicazioni degli isotopi in medicina.
Una parte del corso verrà dedicata alla figura dello/a scienziato/a nella chimica, all'equilibrio di genere e al ruolo delle donne nella scienza.
LABORATORIO: il corso si propone di fornire gli elementi indispensabili per completare le conoscenze di chimica inorganica già illustrate nel corso teorico (crystal field theory vs orbitali molecolari, costanti di formazione, effetto chelante, tecniche di caratterizzazione applicate a complessi e materiali) integrandole con nozioni sulle tecniche di caratterizzazione (XPS, Auger, XRD, spettroscopie vibrazioni, microscopia elettronica, analisi termiche) e metodiche tipiche della green chemistry (metodi idro e solvotermali, meccanochimica, tecniche ad ultrasuoni e microonde). Esso si articolerà in una parte di descrizione delle esperienze di laboratorio (con la spiegazione dei passaggi chiave delle reazioni da eseguire e l’illustrazione di alcune tecniche che verranno impiegate) ed una parte più propriamente sperimentale. In quest’ultima verrà eseguita una serie di esperienze da tutti gli studenti a rotazione e divisi in piccoli gruppi di due o tre persone. In particolare, verranno sintetizzati alcuni materiali e composti di coordinazione sia per via tradizionale che mediante metodi alternativi (meccanochimica, microonde, ultrasuoni, light assisted). Per alcuni di essi verrà effettuata la caratterizzazione mediante tecniche quali UV-visibile, IR/Raman, NMR e XRD. Verranno presentate modalità efficaci per redigere il quaderno di laboratorio e una relazione scientifica e come utilizzare il materiale didattico per un futuro approfondimento.

Conoscenza e comprensione: conoscenza delle proprietà degli elementi inorganici e loro composti, dei metalli di transizione e dei composti di coordinazione; conoscenza della teoria crystal field vs orbitali molecolari, dell’effetto chelante, della costante di formazione, dei principi base delle tecniche di sintesi e caratterizzazione; conoscenza base di radiochimica, Capacità di applicare conoscenza e comprensione: abilità di applicare le conoscenze teoriche alla risoluzione di semplici esercizi di chimica inorganica; abilità di raccogliere dati in modo corretto e di tenere un quaderno di laboratorio; abilità di applicare le conoscenze teoriche all’esecuzione e comprensione degli esperimenti di laboratorio e all’interpretazione dei risultati ottenuti. Autonomia di giudizio: capacità di valutare con senso critico le nozioni apprese; capacità di analizzare con senso critico i risultati ottenuti nelle esperienze pratiche, individuando eventuali errori e proponendo soluzioni. Abilità comunicative: capacità di esporre argomenti relativi alla chimica inorganica con appropriato linguaggio scientifico per sapersi esprimere in maniera precisa, concisa e chiara; abilità di relazionare sul lavoro svolto (e più in generale su argomenti chimico-scientifici) in maniera precisa, concisa e chiara, sia per iscritto che oralmente; capacità di scrivere in modo efficace il quaderno di laboratorio e una relazione scientifica. Acquisizione di appropriato linguaggio scientifico. Capacità di apprendimento: capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato, anche per una successiva autonoma acquisizione di conoscenze superiori e per un aggiornamento continuo. In particolare, verrà stimolato l’apprendimento autonomo attraverso la richiesta di un approfondimento di uno degli argomenti trattati.