Sandra BELVISO | MOD. FONDAMENTI DI CHIMICA INORGANICA

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Al termine del corso lo studente dovrebbe aver acquisito le conoscenze teoriche di base relative agli elementi chimici dei gruppi principali ed essere in grado di discutere la relazione fra struttura elettronica e loro proprietà chimico-fisiche nonchè classi di composti più importanti. Lo studente, inoltre, grazie ad un’ampia trattazione delle proprietà e della reattività dovrebbe possedere un’adeguata conoscenza della chimica dei metalli di transizione e dei loro complessi.

Acquisizione delle conoscenze e delle abilità definite nei corsi di Chimica Generale ed Inorganica, di Chimica Fisica e di Chimica Organica.

Struttura atomica. Atomo d’idrogeno. Atomi polielettronici. Tavola periodica e proprietà periodiche degli elementi. Concetti fondamentali di acido e base. Stato solido cristallino. (18h)

Elementi dei gruppi principali. Configurazioni elettroniche. Proprietà generali degli elementi. Principali classi di composti, idruri, ossidi, alogenuri. Gas nobili. (12h)

Composti di coordinazione. Metalli di transizione (elementi del blocco d). Proprietà periodiche. Aspetti strutturali dei complessi metallici: geometria, isomeria. Il legame chimico nei complessi dei metalli di transizione. Principali tipi e meccanismi di reazione dei complessi dei metalli di transizione. (18h)

Origine degli elementi. Struttura atomica. Atomo di idrogeno. Equazione di Schrödinger. Funzione di probabilità di distribuzione radiale. Numeri quantici. Orbitali atomici. Energie degli orbitali. Effetti di penetrazione e di schermo. Orbitali di Slater. Classificazione degli elementi in base alla configurazione elettronica di valenza. Metalli, non metalli, metalloidi. Proprietà di conducibilità elettrica degli elementi: teoria delle bande (metallo, semimetallo, isolante), diagramma di densità degli stati, livello di Fermi.  Definizioni di raggio atomico al variare della natura degli elementi. Andamenti  e variazioni nella tavola periodica nel caso degli elementi dei gruppi principali. Raggi ionici.  Definizioni e variazioni nella tavola periodica. Anioni e cationi. Fattori che ne influenzano le dimensioni. 

Proprietà periodiche. Potenziali di ionizzazione. Affinità elettronica. Elettronegatività. Definizioni e variazioni nella tavola periodica nel caso degli elementi dei gruppi principali. Stati di ossidazione degli elementi principali. Effetto della coppia inerte.

Numeri quantici degli atomi polielettronici. Interazioni tra i momenti angolari orbitali e di spin degli elettroni nelle configurazioni degli atomi. Accoppiamento Russel-Saunders ed effetto dell’accoppiamento spin-orbita. Microstati e Termini nel caso dell’atomo di carbonio (configurazione p2) e nel caso di un metallo di transizione di configurazione d2. 

Acidi e Basi. Concetto di Brønsted & Lowry. Reazioni in solventi non acquosi. Acidità di acidi alogenidrici. Concetto di Lewis. Concetti di donatore ed accettore. Addotti acido-base. Teoria delle acidi e delle basi duri e molli.

Strutture solide cristalline. Reticoli di Bravais. Reticoli solidi ionici. Energetica di un solido ionico: Ciclo di Born-Haber per la misura dell’entalpia reticolare. Calcolo dell’energia reticolare: Modello classico elettrostatico. Equazione di Born-Landé. Costante di Madelung. Equazione di Kapustinskii. Solubilità dei solidi ionici: ruolo dell’entalpia reticolare, dell’entalpia di solvatazione, della dimensione degli ioni e dei contributi entropici.

Caratteristiche periodiche dei composti: andamenti delle lunghezze e delle energie di legame dei molecole biatomiche omo- ed etero nucleari. Triangolo di van Arkel-Ketelaar. 

Idrogeno e  legame idrogeno. Idruri. Andamenti dei punti di fusione, di ebollizione e delle entalpie di evaporazione negli idruri degli elementi del blocco-p. Idruri salini, molecolari, metallici. Strutture, proprietà, reattività. 

Strutture e proprietà degli ossidi. Ossidi ionici, covalenti e a reticolo covalente (polimerici). Carattere basico, acido ed anfotero. 

Proprietà degli alogeni. Strutture e proprietà degli alogenuri. Alogenuri ionici, covalenti e a reticolo covalente (polimerici). Composti interalogeno.

Gas nobili. Proprietà e reattività. Composti dello Xenon.

Introduzione ai composti di coordinazione. Definizioni. Sfera di coordinazione. Tipo di leganti. Aspetti strutturali. Geometria.  Isomeria costituzionale e stereoisomeria. Nomenclatura dei composti di coordinazione. Regole. Definizioni. Suffissi e prefissi. Esempi. Elementi del blocco d: metalli di transizione. Configurazioni elettroniche. Proprietà periodiche. Andamenti  e variazioni di raggi atomici, potenziali di ionizzazione, stati di ossidazione.

Il legame chimico nei composti dei metalli di transizione. Teoria del Campo Cristallino (CFT). Modello MO-LCAO - Caso geometria ottaedrica. Influenza sul Delta Ottaedrico della natura e della carica del metallo. Influenza dei leganti sigma donatori, p-greco donatori, p-greco* accettori. Serie spettrochimica. Modello MO-LCAO - Casi geometria tetraedrica e geometria quadrato planare.Modello della sovrapposizione angolare (AOM).

Correlazione della configurazione elettronica d dello ione metallico con la geometria e la simmetria del composto di coordinazione. Stati ad alto spin e a basso spin. Preferenze strutturali. Distorsioni della geometria: teorema di Jahn-Teller.

Principali tipi e meccanismi di reazione dei complessi dei metalli di transizione. Reazioni di sostituzione di leganti in complessi a geometria ottaedrica. Reazioni di sostituzione di molecole di acqua. Reazioni di anazione e di idrolisi. Influenza del metallo.  Influenza dello ione metallico e dei leganti. Effetti sterici. Reazioni di sostituzione di leganti in complessi a geometria quadrato-planare. Influenza del gruppo entrante e del gruppo uscente. Leganti in posizione trans e cis al gruppo uscente. Influenza del metallo.

Lezioni frontali

Esame finale scritto integrato con quello di “Metodi e Sintesi in Chimica Inorganica”

• Purcell K. F.; Kotz J. C., Inorganic Chemistry -  Holt-Saunders International Editions
• Miessler G. L.; Tarr, D. A., Inorganic Chemistry, Forth Edition – Pearson Prentice Hall, 2011 (Edizione Italiana: Miessler G. L.; Tarr D. A, Chimica Inorganica - Piccin, 2012)
• Weller D. et.al., Inorganic Chemistry,  Sixth Edition - Oxford University Press, 2014  
• Housecroft C. E.; Sharpe A. G., Inorganic Chemistry, Third Edition - Pearson Prentice Hall, 2008
• Atkins P.  et al., Inorganic Chemistry,  Fifth Edition - Oxford University Press, 2010

Illustrazione all’inizio del corso di programma, modalità didattiche e modalità di valutazione

-Ricevimento in studio (edificio 2DA 3°piano, stanza 328) il Giovedì dalle 11:30 alle 12:30 (salvo modifiche a seguito  della formalizzazione dell'orario delle lezioni)

-Il docente è a disposizione degli studenti al di fuori dell'orario di ricevimento previo appuntamento via e-mail

-Contatti telefonici o via e-mail 

17 febbraio 2022

17 marzo 2022

28 aprile 2022

9   giugno 2022

7   luglio 2022

22 settembre 2022

20 ottobre 2022

15 dicembre 2022

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I corsi di Fondamenti di Chimica Inorganica e di Metodi e Sintesi in Chimica Inorganica costituiscono due moduli integrati nei quali vengono affrontati,  rispettivamente, gli aspetti teorici e sintetici della Chimica Inorganica.

Per tale motivo è fortemente consigliata la contemporanea frequenza di entrambi i corsi.