STUDIOLESCIENZEAMBIENTALI©
CHIMICA GENERALE
1. Introduzione alla Chimica
Concetti di base: atomi, molecole e ioni.
Stati della materia e cambiamenti di stato.
Leggi fondamentali della chimica (legge di conservazione della massa, proporzioni definite, proporzioni multiple).
2. Struttura dell'Atomo
Teorie atomiche: Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr.
Struttura atomica: protoni, neutroni ed elettroni.
Isotopi e massa atomica media.
3. Configurazione Elettronica e Tavola Periodica
Principio di Aufbau, principio di esclusione di Pauli e regola di Hund.
Configurazione elettronica e periodicità delle proprietà chimiche.
Gruppi e periodi della tavola periodica e proprietà periodiche (raggio atomico, energia di ionizzazione, elettronegatività).
4. Legame Chimico
Legami ionici, covalenti e metallici: caratteristiche e esempi.
Teoria del legame di valenza e modello VSEPR (geometria delle molecole).
Legami intermolecolari: forze di Van der Waals, legami a idrogeno.
5. Reazioni Chimiche e Stechiometria
Bilanciamento delle equazioni chimiche.
Calcoli stechiometrici e moltiplicazione dei rapporti molari.
Resa teorica, resa reale e percentuale di resa.
6. Stati della Materia e Proprietà dei Gas
Leggi dei gas ideali: legge di Boyle, legge di Charles, legge di Avogadro.
Equazione dei gas ideali e legge dei gas combinati.
Gas reali e deviazioni dal comportamento ideale.
7. Soluzioni e Proprietà Colligative
Definizioni di soluto, solvente, concentrazione e solubilità.
Tipi di concentrazione (molarità, molalità, frazione molare).
Proprietà colligative: abbassamento del punto di congelamento, innalzamento del punto di ebollizione, pressione osmotica.
8. Equilibrio Chimico
Concetto di equilibrio chimico e costante di equilibrio (Kc e Kp).
Principio di Le Chatelier e fattori che influenzano l'equilibrio.
Applicazioni dell'equilibrio chimico in sistemi biologici e industriali.
9. Acidi e Basi
Teorie di Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis.
Concetto di pH e pOH, calcolo di acidità e basicità.
Soluzioni tampone e loro importanza nei sistemi biologici.
10. Termodinamica Chimica
Energia interna, entalpia e legge della conservazione dell'energia.
Entropia e concetto di spontaneità di una reazione.
Energia libera di Gibbs e applicazione alla predizione delle reazioni.
11. Cinetica Chimica
Teoria delle collisioni e concetto di velocità di reazione.
Fattori che influenzano la velocità di reazione (temperatura, concentrazione, catalizzatori).
Equazioni di velocità e ordini di reazione.
12. Elettrochimica
Reazioni di ossidoriduzione e numero di ossidazione.
Celle elettrochimiche, celle galvaniche e potenziale di riduzione.
Elettrolisi e applicazioni elettrochimiche.
13. Esercitazioni Pratiche e Revisione Esame
Esercizi di bilanciamento delle reazioni, calcoli stechiometrici e determinazione delle configurazioni elettroniche.
Problemi applicati di termodinamica, cinetica e elettrochimica.
Revisione degli argomenti principali, simulazioni di esami e strategie di risoluzione dei problemi.
CHIMICA INORGANICA
1. Introduzione alla Chimica Inorganica
Panoramica della chimica inorganica: definizione e campi di applicazione.
Differenze tra chimica organica e inorganica.
Importanza della chimica inorganica nei materiali, catalizzatori e composti biologici.
2. Struttura Atomica e Tavola Periodica
Modelli atomici e configurazione elettronica.
Tavola periodica degli elementi: gruppi, periodi e proprietà periodiche.
Tendenze periodiche: elettronegatività, raggi atomici e ionici, energia di ionizzazione.
3. Teoria del Legame Chimico
Legami ionici e covalenti: formazione, proprietà e differenze.
Teoria del legame di valenza e modello VSEPR per la geometria molecolare.
Legami multipli, risonanza e struttura dei solidi ionici e covalenti.
4. Acidi e Basi in Chimica Inorganica
Teorie di acidi e basi: Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis.
Concetto di acidità e basicità nei composti inorganici.
Reazioni acido-base, neutralizzazione e applicazioni pratiche.
5. Composti di Coordinazione
Struttura e legame nei composti di coordinazione.
Teoria del campo cristallino e del campo dei leganti.
Geometrie dei complessi, numero di coordinazione e stabilità dei complessi.
6. Chimica dei Metalli di Transizione
Proprietà dei metalli di transizione e loro configurazione elettronica.
Legami nei complessi metallici e proprietà magnetiche.
Uso dei metalli di transizione nei catalizzatori e nei processi industriali.
7. Elementi dei Gruppi Principali
Proprietà dei gruppi principali: alogeni, gas nobili, metalli alcalini e alcalino-terrosi.
Reattività e composti tipici di ciascun gruppo.
Applicazioni industriali e ambientali degli elementi dei gruppi principali.
8. Chimica dei Non Metalli
Ossigeno, azoto, zolfo e altri non metalli: caratteristiche e reattività.
Composti molecolari dei non metalli e legami covalenti multipli.
Reazioni e ruoli dei non metalli in ambito biologico e industriale.
9. Reazioni di Ossidazione e Riduzione
Concetto di ossidoriduzione e numero di ossidazione.
Bilanciamento delle reazioni redox.
Importanza delle reazioni redox in processi biologici, industriali e ambientali.
10. Sistemi Cristallini e Strutture Solide
Struttura dei solidi cristallini e dei metalli.
Tipi di reticolo cristallino: cubico, esagonale e altre forme.
Difetti nei cristalli e proprietà dei solidi come conducibilità e durezza.
11. Termodinamica e Cinetica delle Reazioni Inorganiche
Leggi della termodinamica applicate alle reazioni inorganiche.
Energia libera, entalpia ed entropia nelle reazioni di sintesi.
Cinetica delle reazioni inorganiche e meccanismi reattivi.
12. Chimica Inorganica Ambientale
Elementi in tracce e loro impatto ambientale.
Cicli biogeochimici dei metalli pesanti e dei nutrienti essenziali.
Trattamenti dei rifiuti inorganici e tecniche di depurazione.
13. Laboratorio e Esercitazioni Pratiche
Analisi di composti inorganici: spettroscopia, spettrometria e tecniche di analisi.
Esperimenti per la sintesi e caratterizzazione dei composti di coordinazione.
Esercitazioni su bilanciamento delle reazioni e calcoli stechiometrici.
14. Preparazione e Revisione Esame
Revisione di problemi pratici e risoluzione di esercizi su composti di coordinazione, reazioni redox e proprietà periodiche.
Simulazioni di esami con strategie per l'interpretazione e la risoluzione dei problemi.
Suggerimenti per lo studio approfondito degli argomenti complessi.
CHIMICA ORGANICA
1. Introduzione alla Chimica Organica
Definizione e storia della chimica organica.
Struttura degli atomi di carbonio e legami covalenti.
Principi fondamentali: ibridazione, risonanza e struttura dei composti organici.
2. Struttura e Proprietà delle Molecole Organiche
Formula chimica, formula strutturale e stereochimica.
Isomeria: isomeria di struttura e stereoisomeria (cis-trans, enantiomeri e diastereoisomeri).
Polarità delle molecole organiche e solubilità.
3. Gli Idrocarburi Saturi e Insaturi
Alcheni, alcani e alchini: struttura e proprietà.
Nomenclatura IUPAC degli idrocarburi e gruppi funzionali.
Reattività e stabilità dei diversi tipi di legami.
4. Reazioni degli Idrocarburi
Reazioni di sostituzione negli alcani.
Reazioni di addizione elettrofila negli alcheni e alchini.
Reazioni di polimerizzazione: monomeri, polimeri e plastiche.
5. Gruppi Funzionali: Alogenuri e Composti Ossidrilici
Alogenuri alchilici: proprietà, reazioni e sintesi.
Alcoli e fenoli: proprietà, acidità e ossidazione.
Eteri e epossidi: sintesi e applicazioni.
6. Aldeidi e Chetoni
Struttura e reattività di aldeidi e chetoni.
Reazioni principali: addizione nucleofila, ossidazione e riduzione.
Sintesi di aldeidi e chetoni e loro applicazioni in sintesi organica.
7. Acidi Carbossilici e Derivati
Struttura degli acidi carbossilici e proprietà acide.
Esteri, ammidi, anidridi e alogenuri acilici: sintesi e reattività.
Reazioni di esterificazione, idrolisi e riduzione.
8. Ammine e Composti Azotati
Struttura delle ammine e classificazione (primarie, secondarie, terziarie).
Proprietà basiche e reattività delle ammine.
Sintesi di ammidi e loro ruolo in composti biologici come proteine e farmaci.
9. Stereochimica e Conformazioni Molecolari
Stereoisomeria ottica: chiralità, centri stereogenici e attività ottica.
Conformazioni di molecole cicliche: cicloesano, conformazioni sedia e barca.
Importanza della stereochimica nelle reazioni organiche e negli effetti biologici.
10. Reazioni di Sostituzione Nucleofila e Eliminazione
Sostituzione nucleofila (SN1 e SN2) e meccanismi.
Reazioni di eliminazione (E1 e E2) e fattori che le influenzano.
Confronto tra sostituzione ed eliminazione e applicazioni pratiche.
11. Sintesi Organica e Strategie di Retrosintesi
Introduzione alla retrosintesi e ai blocchi di costruzione.
Strategie di sintesi per composti complessi.
Analisi di problemi di sintesi e progettazione di percorsi sintetici.
12. Chimica dei Carboidrati, Lipidi e Proteine
Struttura e classificazione dei carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Lipidi: trigliceridi, fosfolipidi e steroidi.
Struttura e funzione delle proteine: amminoacidi, legame peptidico e struttura tridimensionale.
13. Chimica dei Composti Aromatici
Struttura e stabilità del benzene e degli idrocarburi aromatici.
Sostituzione elettrofila aromatica e orientazione dei sostituenti.
Composti aromatici polifunzionali e loro utilizzi in farmaci e materiali.
14. Esercitazioni Pratiche e Preparazione Esame
Problemi di nomenclatura, bilanciamento delle reazioni e identificazione dei gruppi funzionali.
Esercizi su reazioni principali, stereochimica e sintesi organica.
Simulazione di esami e strategie per risolvere i problemi di chimica organica.
CHIMICA AMBIENTALE
1. Introduzione alla Chimica Ambientale
Definizione e ambiti di studio della chimica ambientale.
Importanza della chimica ambientale per la società e l'ambiente.
Introduzione al ciclo biogeochimico.
2. I Principi di Chimica di Base applicati all'Ambiente
Struttura dell'atomo e legami chimici.
Reazioni chimiche e bilanciamento delle equazioni.
Termodinamica e cinetica delle reazioni ambientali.
3. Cicli Biogeochimici Essenziali
Ciclo del carbonio, ciclo dell'azoto, ciclo del fosforo.
Influenza delle attività umane sui cicli biogeochimici.
Impatti sul cambiamento climatico e sugli ecosistemi.
4. Inquinamento Atmosferico
Principali inquinanti atmosferici (NOx, SOx, VOC, PM, ozono).
Effetti degli inquinanti sull'ambiente e sulla salute umana.
Concetti di smog, piogge acide, e riscaldamento globale.
5. Inquinamento dell'Acqua
Fonti di inquinamento idrico e principali contaminanti (metalli pesanti, pesticidi, microplastiche).
Processi di auto-depurazione delle acque.
Trattamenti e tecnologie per la depurazione delle acque.
6. Inquinamento del Suolo
Principali contaminanti del suolo (metalli pesanti, rifiuti industriali, composti organici).
Impatto dei contaminanti sugli organismi e sulle catene alimentari.
Tecniche di bonifica del suolo (fitodepurazione, biorisanamento).
7. Strumenti Analitici e Metodi di Campionamento Ambientale
Tecniche di campionamento di aria, acqua e suolo.
Principi di analisi chimica: spettrofotometria, cromatografia, analisi dei metalli.
Interpretazione e validazione dei dati analitici.
8. Normative Ambientali e Valutazione del Rischio
Normative ambientali nazionali e internazionali.
Valutazione del rischio e limiti di esposizione ai contaminanti.
Casi studio sull'applicazione di normative.
9. Temi di Ricerca Attuale e Sostenibilità
Principi di chimica verde e sostenibilità.
Materiali emergenti per il trattamento ambientale.
Approcci per ridurre l'impatto delle attività umane sull'ambiente.
10. Ripasso e Preparazione agli Esami
Revisione dei concetti chiave.
Esercitazioni pratiche su problemi e quesiti d'esame.
Simulazioni d'esame e feedback personalizzato.
GEOCHIMICA
1. Introduzione alla Geochimica
Definizione e ambiti di studio della geochimica.
Ruolo della geochimica nello studio del pianeta Terra.
Origine degli elementi chimici e loro distribuzione nella crosta terrestre.
2. Principi di Geochimica Generale
Struttura dell'atomo, isotopi e radioattività.
Legami chimici e proprietà degli elementi.
Equilibri chimici e leggi termodinamiche applicate alla Terra.
3. Cicli Biogeochimici
Cicli degli elementi principali: carbonio, azoto, zolfo e fosforo.
Il ciclo dell'acqua e il suo ruolo nel trasporto di sostanze chimiche.
Impatti antropici sui cicli biogeochimici globali.
4. Chimica dei Minerali e delle Rocce
Composizione chimica delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche.
Processi di formazione e trasformazione delle rocce.
Metodi di classificazione geochimica delle rocce.
5. Geochimica dell'Atmosfera
Composizione e struttura chimica dell'atmosfera.
Processi di interazione tra atmosfera e litosfera.
Effetti dei gas serra e cambiamenti climatici.
6. Geochimica delle Acque
Composizione e chimica delle acque superficiali e sotterranee.
Processi di dissoluzione e precipitazione nei sistemi acquosi.
Tecniche di campionamento e analisi delle acque.
7. Geochimica del Suolo
Formazione e composizione del suolo.
Mobilità e fissazione degli elementi nel suolo.
Metodi di analisi chimica del suolo.
8. Geochimica Isotopica
Isotopi stabili e radioisotopi: origine e applicazioni.
Metodi isotopici per la datazione delle rocce e dei sedimenti.
Applicazioni della geochimica isotopica negli studi ambientali.
9. Geochimica Ambientale e Antropica
Effetti delle attività umane sulla geochimica terrestre.
Inquinamento da metalli pesanti, pesticidi e altre sostanze chimiche.
Strategie di mitigazione e bonifica.
10. Metodologie Analitiche in Geochimica
Tecniche analitiche: spettrometria di massa, XRF, ICP-MS, cromatografia.
Interpretazione e validazione dei dati geochimici.
Esercitazioni pratiche sulla gestione e interpretazione dei dati.
11. Temi di Ricerca Attuale e Prospettive Future
Chimica dei sedimenti e dei fondali oceanici.
Geochimica delle risorse minerarie.
Implicazioni future per la sostenibilità e la gestione delle risorse naturali.
12. Revisione e Preparazione agli Esami
Riepilogo dei concetti principali.
Problemi e esercizi di applicazione pratica.
Simulazioni di esame e feedback.
BIOCHIMICA
1. Introduzione alla Biochimica
Definizione di biochimica e suoi campi di applicazione.
Molecole e macromolecole biologiche: introduzione alle biomolecole.
Importanza della biochimica nello studio delle scienze della vita.
2. Struttura e Funzione delle Proteine
Amminoacidi e struttura primaria delle proteine.
Struttura secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine.
Enzimi: meccanismo d'azione, cinetica enzimatica e regolazione.
3. Carboidrati: Struttura e Funzione
Monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Struttura e funzione dei carboidrati nelle cellule.
Metabolismo dei carboidrati: glicolisi, gluconeogenesi e ciclo di Krebs.
4. Lipidi e Membrane Biologiche
Classificazione dei lipidi: fosfolipidi, trigliceridi e steroidi.
Struttura delle membrane cellulari e funzione dei lipidi.
Ruolo dei lipidi nel metabolismo energetico e nei segnali cellulari.
5. Nucleotidi e Acidi Nucleici
Struttura e funzione di DNA e RNA.
Replicazione, trascrizione e traduzione del materiale genetico.
Regolazione dell'espressione genica e sintesi proteica.
6. Bioenergetica e Metabolismo Cellulare
Principi di termodinamica applicati alla biochimica.
Adenosina trifosfato (ATP) e metabolismo energetico.
Ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa e catena di trasporto degli elettroni.
7. Metabolismo dei Lipidi
Degradazione e sintesi degli acidi grassi.
Metabolismo dei trigliceridi e colesterolo.
Ruolo dei lipidi nel bilancio energetico dell'organismo.
8. Metabolismo degli Amminoacidi e delle Proteine
Catabolismo degli amminoacidi e ciclo dell'urea.
Sintesi proteica e turnover proteico.
Ruolo degli amminoacidi come precursori di molecole bioattive.
9. Regolazione del Metabolismo
Controllo ormonale del metabolismo: insulina, glucagone e altri ormoni.
Meccanismi di regolazione allosterica e covalente.
Integrazione del metabolismo in diverse condizioni fisiologiche.
10. Tecniche Biochimiche
Tecniche di separazione e purificazione delle biomolecole: cromatografia, elettroforesi.
Spettrofotometria e metodi di analisi delle proteine e degli acidi nucleici.
Metodi di sequenziamento e tecniche di imaging molecolare.
11. Applicazioni della Biochimica nella Ricerca Biomedica
Biochimica del cancro e delle malattie genetiche.
Enzimi come target terapeutici e sviluppo di farmaci.
Ruolo della biochimica nella diagnosi medica e nella biotecnologia.
12. Ripasso e Preparazione agli Esami
Sintesi dei concetti fondamentali.
Problemi di biochimica ed esercizi applicativi.
Simulazioni di esame e analisi degli errori comuni