Sandra BELVISO | 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  comprendere e discutere la relazione fra struttura elettronica e loro proprietà chimico-fisiche e 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 composti di coordinazione.

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. Proprietà generali degli elementi. Configurazioni elettroniche, stati di ossidazione. 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 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 nei solidi, 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. Reazioni acido-base: interazione degli orbitali molecolari di frontiera HOMO e LUMO. Teorema di Koopmans.

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 s donatori, p donatori, p* accettori. Serie spettrochimica. Modello MO-LCAO - Casi geometria tetraedrica e geometria quadrato planare. Modello della sovrapposizione angolare (AOM). Correlazione della configurazione elettronica dn 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 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

L'esame finale consiste in una prova scritta (quesiti con risposta aperta).

Non sono previste valutazioni intermedie.

• 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 M. et al., La Chimica Inorganica di Atkins, Zanichelli, 2021

• Purcell K. F.; Kotz J. C., Inorganic Chemistry -  Holt-Saunders International Editions (Tale testo, non più in stampa, è presente nelle risorse on-line fornite dal docente)

• Housecroft C. E.; Sharpe A. G., Inorganic Chemistry, Third Edition - Pearson Prentice Hall, 2008

• Weller M. et.al., Inorganic Chemistry,  Sixth Edition - Oxford University Press, 2014  

• Atkins P.  et al., Inorganic Chemistry,  Fifth Edition - Oxford University Press, 2010

- Presentazione all’inizio del corso di programma, modalità didattiche e modalità di valutazione finale

- Ricevimento in studio (edificio 2DA 3°piano, stanza 328) il Martedì ed 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

16 febbraio 2023

16 marzo 2023

20 aprile 2023

25  maggio 2023

29  giugno 2023

21 settembre 2023

19 ottobre 2023

14 dicembre 2023???????

Sì

Il corso di Fondamenti di Chimica Inorganica è strettamente correlato a quello di Metodi e Sintesi in Chimica Inorganica in quanto in essi vengono affrontati, rispettivamente, gli aspetti teorici e sintetici della Chimica Inorganica.

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