L’insegnamento prevede 6 CFU di didattica frontale, suddivise in quattro argomenti generali: struttura atomica (8 h), legame chimico covalente, ionico, metallico (16 h), legame chimico nei complessi di coordinazione (8 h), studio della sistematica degli elementi della tavola periodica, con particolare attenzione al blocco s e blocco p (16 h). Descrizione generale: Corso di base in cui viene trattato il legame chimico. Nelle linee generali il corso prevede: concetti e applicazioni del legame chimico per molecole semplici e per composti di coordinazione, mediante l'illustrazione dei principali modelli per l'interpretazione del legame. Legame covalente (metodi VSEPR, valence bond VB, molecular orbitals MO), ionico, metallico. Legame idrogeno ed interazioni deboli. Introduzione ai composti di coordinazione Teoria VB, teoria del campo cristallino, teoria MO. Trattazione sistematica degli elementi principali del blocco s e blocco p, secondo la loro collocazione nella tavola periodica.

I testi consigliati sono: 1) Huheey - Keiter - Keiter “Chimica Inorganica”, Piccin Editore, 2) P. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller, F.Armstrong “Chimica Inorganica”, Zanichelli Editore.

Contenuto dell’insegnamento L’insegnamento prevede 6 CFU di didattica frontale, suddivise in quattro argomenti generali: struttura atomica (8 h), legame chimico covalente, ionico, metallico (16 h), legame chimico nei complessi di coordinazione (8 h), studio della sistematica degli elementi della tavola periodica, con particolare attenzione al blocco s e blocco p (16 h). Descrizione generale: Corso di base in cui viene trattato il legame chimico. Nelle linee generali il corso prevede: concetti e applicazioni del legame chimico per molecole semplici e per composti di coordinazione, mediante l'illustrazione dei principali modelli per l'interpretazione del legame. Legame covalente (metodi VSEPR, valence bond VB, molecular orbitals MO), ionico, metallico. Legame idrogeno ed interazioni deboli. Introduzione ai composti di coordinazione Teoria VB, teoria del campo cristallino, teoria MO. Trattazione sistematica degli elementi principali del blocco s e blocco p, secondo la loro collocazione nella tavola periodica. Programma dettagliato del corso: nella sezione seguente si illustra dettagliatamente il programma con la relativa articolazione nel tempo. Il corso prevede 6 CFU e si sviluppa in 48 ore di didattica frontale con costante coinvolgimento degli studenti presenti. Argomento 1, Struttura dell'atomo (8 h): ruolo della chimica inorganica, origine e distribuzione degli elementi, Legge di Lavoisier, legge di Proust, teoria atomica di Dalton. Atomi e massa atomica. Legge di Gay Lussac ed esperimenti di Cannizzaro. Concetto di mole, numero di Avogadro, Particelle elementari, massa e carica delle particelle elementari, esperimenti di Thomson, Mullikan e Rutherford. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Onde e spettro elettromagnetico, spettri atomici, equazione di Planck, effetto fotoelettrico, quantizzazione dell’energia, atomo di Bohr. Modelli atomici. Dualismo particella-onda, principio di De Broglie. Cenni di meccanica ondulatoria, principio di indeterminazione, equazione di Schrodinger, numeri quantici, orbitali atomici, rappresentazione delle funzioni d’onda radiali ed angolari. Sistemi multielettronici, carica nucleare effettiva, energia orbitali atomici, configurazioni elettroniche degli elementi. Aufbau, principio di massima molteplicità di Hund e principio di escusione di Pauli, proprietà periodiche degli elementi. Dimensioni di atomi e ioni. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e loro variazione nella tabella periodica. Carattere metallico, polarizzabilità. Argomento 2, Legame chimico (16 h): legame ionico, struttura cristallina, impacchettamento di sfere, regole del rapporto radiale, Energia reticolare. Ciclo di Born Haber ed equazione di Born Landè. Legame covalente: ordine, lunghezza, geometria ed energia di legame; teoria di Lewis, legame polare ed elettronegatività. Teoria del legame di valenza (VB), modello VSEPR. orbitali ibridi e forma delle molecole, strutture di risonanza, delocalizzazione elettronica. Caratteristiche del legame covalente, legami sigma e p-greco, esempi, correlazione tra struttura e reattività in semplici molecole inorganiche. Teoria degli orbitali molecolari (MO), metodi LCAO, applicazioni a molecole biatomiche omonucleari. Orbitali molecolari per molecole eteronucleari e polinucleari, ordine di legame. Proprietà magnetiche. Legame metallico, metalli e leghe, teoria delle bande, livello di Fermi, conduttività elettrica, isolanti, semiconduttori intrinseci e gap di banda, semiconduttori. Legami elettrostatici, legame idrogeno. Forze intermolecolari, interazioni tra dipoli permanenti, indotti ed istantanei. Solidi ionici, covalenti, metallici e molecolari. Argomento 3, Legame nei composti di coordinazione (8 h): caratteristiche generali dei metalli di transizione. Struttura e isomeria nei complessi. Trattazione VB del legame nei complessi di metalli di transizione. Retrodonazione ed esempi. Teoria del campo cristallino, complessi ottaedrici, quadrato planari e tetraedrici, esempi, serie spettrochimica dei leganti. Teoria del campo dei leganti e metodo MO applicato a complessi. Legame sigma e p-greco. Cenno agli spettri elettronici e alle proprietà magnetiche dei complessi, esempi Argomento 4, Caratteristiche strutturali e proprietà degli elementi del blocco s e blocco p e loro composti (16 h): Idrogeno e suoi composti: effetti isotopici, idruri metallici, ionici e covalenti. Primo e secondo gruppo: proprietà, composti e strutture di legame, metalli alcalini ed alcalino terrosi, composti principali, idruri, alogenuri, carburi, composti organometallici (Grignard) complessi corona, criptandi, importanza biologica. Gruppo XIII: boro elementare e legame nei suoi composti, idruri, alogenuri, ossidi e ossoanioni, BN, borazina, borace, borani, carborani, Alluminio e suoi composti. Gruppo XIV: carbonio elementare, forme allotropiche e suoi composti, fullereni, ossidi, alogenuri, alcani, alcheni alchini, composti aromatici, carburi e composti di intercalazione. Silicio elementare, silicati, setacci molecolari e zeoliti, silani, alogenuri, composti organo silicio, siliconi. Idruri ed alogenuri. Gruppo XV: azoto, idruri, ammoniaca, ossidi e osso anioni, acidi; Fosforo elementare ed i suoi composti, idruri, ossidi, ossiacidi,fosfati e polifosfati, alogenuri, fosfazeni, fosfine, arsenico, antimonio e bismuto, principali composti, idruri ed alogenuri. Gruppo XVI: ossigeno, ozono, ossidi acidi, basici e neutri, ossidi, perossidi e superossidi, zolfo elementare, ossidi e ossiacidi dello zolfo, acidi solforosi, solforici, tionici, idruri. Gruppo XVII: Alogeni, proprietà degli alogeni, ossidi, acidi, ossiacidi e ossoanioni, composti interalogenici, polialogenuri. Gruppo XVIII: composti dei gas nobili, composti dello xenon, ossidi ed alogenuri.

I testi consigliati sono: 1) J.D.Lee “Chimica Inorganica”, Piccin Editore, 2) P. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller, F.Armstrong “Chimica Inorganica”, Zanichelli Editore. Sono inoltre disponibili appunti ed approfondimenti sulla piattaforma di elearning Moodle 2 Sapienza.

Natura ondulatoria della radiazione elettromagnetica. Le origini della teoria atomica: esperimenti di Faraday, Thomson e Millikan, radiazione del corpo nero e ipotesi quantistca di Planck, effetto fotoelettrico, spettro di emissione dell'atomo di idrogeno, modelli atomici di Thomson e Bohr. Principio di inderterminazione di Eisenberg, ipotesi di De Broglie. Legge di Bragg ed esperimento di Davisson e Germer. Natura ondulatoria dell'elettrone, origine dell'equazione di Schroedinger dipendente ed indipendente dal tempo. Proprietà della funzione d'onda. Soluzione dell'equazione di Schroedinger per alcuni sistemi semplici: elettrone nella scatola mono- e tridimensionale, metodo della separazione delle variabili, quantizzazione dell'energia e normalizzazione della funzione d'onda. L'atomo di idrogeno: impostazione dell'equazione di Schroedinger, separazione del moto del centro di massa da quello dell'elettrone, introduzione del sistema di riferimento in coordinate polari e forma finale dell'operatore Hamiltoniano, separazione delle variabili e delle relative equazioni differenziali. Soluzione dell'equazione in φ, risultato finale delle equazioni in r e ϑ, numeri quantici e reative funzioni d'onda. Forma degli orbitali p e d espressi mediante funzioni reali. Funzioni di distribuzione radiale. Impossibilità della soluzione esatta dell'equazione di Schroedinger per sistemi polielettronici, introduzione ai metodi approssimati, teorema variazionale, metodo delle variazioni lineari. Il legame chimico, legame covalente: ione-molecola H2+ ed introduzione alla teoria dell'orbitale molecolare, molecola di H2 ed introduzione alla teoria del legame di valenza. Orbitali ibridi e loro formulazione; metodo per ricavare le funzioni associate agli orbitali ibridi per le geometrie più comuni (lineare, triangolare, tetraedrica, ottaedrica, bipiramidale triangolare). Applicazione della teoria dell'orbitale molecolare alle principali molecole diatomiche, B2, C2, N2, O2, F2, HF, CO, NO. Applicazione della teoria del legame di valenza e del metodo VSEPR alla trattazione delle molecole più rappresentative degli elementi principali: BF3, B(OH)3, CO2, CH4, C2H4, C2H2, CO32-, NH3, N2O, NO2, NO2-, NO3-, O3, PH3, PCl3, PCl5, PO43-, HPO32-, H2PO2-, SO2, SO3, SF6, SO32-, SO42-, S2O32-, ClO-, ClO2-, ClO3-, ClO4-, IF3, IF5, IF7, XeF4. Principali categorie di solidi. Solidi ionici: modello del legame ionico, energia reticolare, costante di Madelung, ciclo di Born-Haber. Solidi metallici: legame metallico secondo la teoria dell'elettrone libero e secondo la teoria delle bande. Solidi covalenti: isolanti e semiconduttori secondo la teoria delle bande; struttura geometrica ed elettronica del diamante, della grafite e del silicio, semiconduttori III-V, semiconduttori di tipo n e di tipo p, i casi dello stagno e del piombo. Complessi dei metalli di transizione, teorie di Pauling e di Syrkin e Diatkina. Teoria del campo cristallino: presupposti e scissione degli orbitali d nei complessi ottaedrici, tetraedrici e quadrato-planari; configurazioni elettroniche ad alto e basso spin; Energia di stabilizzazione del campo cristallino (CFSE ) stabilità dei complessi e loro proprietà magnetiche. Proprietà periodiche, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività, raggio atomico. Cenni di sistematica chimica, chimica degli elementi dei gruppi principali.

Uno a scelta tra i due testi seguenti: 1. J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter: Chimica Inorganica, Ed. Piccin 2. G. L. Miessler, D. A. Tarr: Chimica Inorganica, Ed. Piccin. 3. L. Pauling, E.B. Wilson: Introduction to Quantum Mechanics with applications to Chemistry, Ed. McGraw-Hill Consigliabile la sua consultazione come riferimento per alcuni argomenti di quantomeccanica. Essendo ormai decaduti i diritti d'autore, questo testo è scaricabile liberamente dalla pagina personale del docente nel sito del Dipartimento di Chimica. 4. Per la rappresentazione dei complessi secondo le teorie di Pauling e di Sirkin e Diatkina, si veda il testo seguente, disponibile in biblioteca per la consultazione: Belluco, Cattalini, Croatto, Furlani, Sartori: Chimica Inorganica, pag. 132-145. 5. Una parte consistente del programma è coperta da dispense scritte dal docente e scaricabili liberamente dalla sua pagina personale nel sito E-learning dell’Università di Roma “La Sapienza”.

Struttura Atomica : Struttura dell'atomo, onde e spettro elettromagnetico, spettri atomici, equazione di Planck, effetto fotoelettrico, quantizzazione dell’energia, atomo di Bohr; cenni di meccanica ondulatoria, principio di indeterminazione, equazione di Schrödinger, numeri quantici, orbitali atomici, rappresentazione delle funzioni d’onda radiali ed angolari; sistemi multielettronici, configurazioni elettroniche. Aufbau, tabella periodica, proprietà periodiche degli elementi. Dimensioni di atomi e ioni. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività. Carattere metallico, polarizzabilità. (Cap. 1 e Cap. 9 del testo consigliato) Legame chimico: Legame ionico, struttura cristallina, impacchettamento di sfere, Energia reticolare. Ciclo di Born Haber ed equazione di Born Landè. Trattazione del legame covalente con il metodo VB, ordine, lunghezza ed energia di legame; ibridizzazione, risonanza e correlazione tra struttura chimica e reattività. Esempi. Trattazione del legame covalente con metodo MO, applicazioni a molecole biatomiche omonucleari ed eteronucleari. Legame metallico, metalli e leghe, teoria delle bande, livello di Fermi, conduttività elettrica, isolanti, semiconduttori intrinseci e gap di banda, semiconduttori. Forze intermolecolari, interazioni deboli. Legame idrogeno. Solidi ionici, covalenti, metallici e molecolari. (Cap. 2 e Cap. 3 del testo consigliato) Chimica dei composti di coordinazione: Caratteristiche generali dei metalli di transizione. Struttura e isomeria nei complessi. Trattazione VB del legame nei complessi di metalli di transizione. Retrodonazione. Esempi. Legame chimico nei complessi, teoria del campo cristallino, esempi, serie spettrochimica. Teoria del campo dei leganti e metodo MO. Legame sigma e p-greco. Cenno agli spettri elettronici e alle proprietà magnetiche dei complessi, esempi. (Cap.7 e Capp.19-20 del testo consigliato) Caratteristiche strutturali e proprietà degli elementi e loro composti fino al terzo periodo, con particolare riferimento alle strutture chimiche dei composti e reattività: Idrogeno: Idrogeno e suoi composti: effetti isotopici, idruri metallici, ionici e covalenti; (Cap. 10) Metalli alcalini ed alcalino terrosi: Proprietà, composti e strutture di legame degli elementi e composti del gruppo 1 e 2, composti principali, idruri, alogenuri, carburi, composti organometallici (Grignard) complessi corona, criptandi, importanza biologica. (Cap. 11 e Cap. 12) Gruppo 13: Boro elementare e legame nei suoi composti, idruri, alogenuri, ossidi, BN, borazina, borace, borani, carborani, Alluminio e composti. (Cap. 13) Gruppo 14: Carbonio elementare, forme allotropiche e suoi composti, fullereni, ossidi, alogenuri, alcani, alcheni alchini, composti aromatici, carburi e composti di intercalazione, silicio elementare, silicati, silani, alogenuri, composti organo silicio, siliconi. (Cap. 14) Gruppo 15: Azoto, idruri, ammoniaca, ossidi e osso anioni, acidi; fosforo elementare ed i suoi composti, idruri, ossidi, ossiacidi, alogenuri, fosfazeni, fosfine. (Cap. 15) Gruppo 16: Ossigeno, ozono, ossidi, perossidi e superossidi, zolfo elementare, ossidi e ossiacidi dello zolfo, alogenuri ed idruri. (Cap. 16) Gruppo 17: Alogeni, ossidi, acidi, ossiacidi, composti interalogenici, polialogenuri. (Cap. 17) Gruppo 18: Composti dei gas nobili, composti dello xenon, ossidi ed alogenuri. (Cap. 18) Manuale consigliato. P.Atkins, T.Overton, J.Rourke, M.Weller, F.Armstrong “Chimica Inorganica”, Zanichelli Editore. (N.B. Qualsiasi manuale di Chimica inorganica a livello universitario può andare comunque bene, lo studente potrà facilmente ritrovare in esso gli argomenti da studiare sopra indicati. In biblioteca sono disponibili testi di diversi autori, oltre a quello indicato.) Modalità d’esame. Colloquio orale su tutti gli argomenti del programma

Manuale consigliato. P.Atkins, T.Overton, J.Rourke, M.Weller, F.Armstrong “Chimica Inorganica”, Zanichelli Editore. (N.B. Qualsiasi manuale di Chimica inorganica a livello universitario può andare comunque bene, lo studente potrà facilmente ritrovare in esso gli argomenti da studiare sopra indicati. In biblioteca sono disponibili testi di diversi autori, oltre a quello indicato.)