Concorso ordinario scuola secondaria: guida allo studio e programma classe A34 – Scienze e tecnologie chimiche

Come stabilito dal Decreto Sostegni BIS, il concorso ordinario nella scuola secondaria prevede una prova scritta e un colloquio orale.

La prova scritta

La prova scritta si basa sui programmi contenuti nell’Allegato A del Decreto 20 aprile 2020 ed è composta da 50 quesiti così ripartiti:

  • 40 volti all’accertamento delle competenze e delle conoscenze del candidato sulle discipline afferenti alla classe di concorso stessa;
  • 5 sulla conoscenza della lingua inglese al livello B2 del Quadro Comune Europeo di riferimento per le lingue;
  • 5 sulle competenze digitali inerenti l’uso didattico delle tecnologie e dei dispositivi elettronici multimediali più efficaci per potenziare la qualità dell’apprendimento.

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La prova orale

La prova orale è finalizzata all’accertamento della preparazione del candidato e valuta la padronanza delle discipline, nonché la relativa capacità di progettazione didattica efficace, anche con riferimento all’uso didattico delle tecnologie e dei dispositivi elettronici multimediali, finalizzato al raggiungimento degli obiettivi previsti dagli ordinamenti didattici vigenti.

Essenziale in questa fase, dunque, è non solo la capacità del candidato di simulare una lezione (la “capacità di progettazione didattica efficace”) ma anche dimostrare la conoscenza della normativa scolastica (gli “ordinamenti didattici vigenti”): in pratica, la Parte generale del programma (ex Avvertenze generali) saranno oggetto della prova.

Programma classe A34 – Scienze e tecnologie chimiche

Il programma d’esame per la classe A34 prevede una parte generale e una parte disciplinare.

I nuclei tematici disciplinari riguardano:

  • Linee fondamentali dello sviluppo storico/epistemologico della chimica e del suo rapporto con la società
  • L’atomo e i suoi costituenti. Teorie atomiche. Configurazioni elettroniche degli elementi. Le regole quantiche. Orbitali atomici. La tavola periodica. Le combinazioni degli atomi con particolare riferimento alle molecole. Geometria molecolare, la teoria V.S.E.P.R., ibridizzazione. Orbitali molecolari. La stechiometria di base relativa alle trasformazioni chimiche.

Scopriamo il programma concorsuale suddiviso per materia.

Gli stati di aggregazione della materia

  • Lo stato gassoso.
    Leggi empiriche. Il gas ideale. Equazione di stato. Teoria cinetica dei gas, legge di Clausius – Kröning. Miscugli gassosi, leggi dei gas. I gas reali. Deviazione dal comportamento ideale. Equazione di Wan der Waals. Temperatura critica, liquefazione dei gas, stato supercritico. Diagrammi di fase, diagrammi di Andrews. Effetto Joule – Thomson.
  • Lo stato liquido.
    Viscosità, tensione superficiale, paracoro. Tensioattivi. Equilibrio di fasi, regola delle fasi, varianza. Le soluzioni. I colloidi. Modello di soluzione ideale. La legge di Raoult. Soluzioni diluite. La legge di Henry. Soluzioni reali, attività e coefficiente di attività, azeotropismo, proprietà colligative. Soluzioni di elettroliti, concentrazione e attività, forza ionica. Equilibrio chimico e costante d’equilibrio in soluzione, fattori che influenzano l’equilibrio. Acidi e basi, teoria di Brønsted e Lowry e di Lewis, idrolisi, soluzioni tampone. Equilibri eterogenei, prodotto di solubilità. Complessi. Solubilità in soluzioni reali.
  • Lo stato solido.
    Il reticolo cristallino. Vari tipi di cristalli. Difetti nelle strutture dei solidi. Polimorfismo e isomorfismo. Solidi molecolari, ionici, covalenti, metallici. Conduttori, isolanti, semiconduttori.

Elettrochimica

  • Conducibilità delle soluzioni elettrolitiche.
  • Potenziali degli ioni in soluzione.
  • Elettrolisi.
  • Celle galvaniche.
  • Equazione di Nernst.
  • Potenziale d’elettrodo.
  • Tipi di elettrodi.

Termodinamica

  • Sistema e ambiente, variabili e funzioni di stato, trasformazioni termodinamiche, lavoro, energia.
  • Principio zero e temperatura. Primo principio, energia interna, calore e lavoro, capacità termica, entalpia e sua variazione in trasformazioni fisiche e chimiche, entalpia di formazione, di combustione, di legame. Cicli entalpici. Temperatura delle reazioni adiabatiche, temperatura di fiamma.
  • Bilanci di materia ed energia in sistemi chiusi e aperti. Gradi di libertà. Statica e dinamica dei liquidi.
  • Secondo principio. Ciclo e teorema di Carnot, temperatura termodinamica. Entropia, eguaglianza e disuguaglianza di Clausius. Variazione d’entropia nelle trasformazioni fisiche e chimiche.
  • Macchine termiche, motrici ed operatrici, cicli applicativi e relativi diagrammi. Bilanci entropici, entropia generata e lavoro perso. Definizione statistica dell’entropia, relazione di Boltzmann.
  • Terzo principio (teorema di Nerst). Energia libera e sua variazione in trasformazioni fisiche e chimiche, potenziale chimico, costante d’equilibrio termodinamica. Equilibrio chimico in sistemi omogenei ed eterogenei.

Cinetica chimica

  • Velocità di reazione e equazione cinetica, ordine e molecolarità, meccanismo di reazione, reazioni complete e incomplete. Reazioni del primo e secondo ordine, tempo di semitrasformazione.
  • Reazioni in serie e in parallelo, reazioni autocatalitiche. Metodi per determinare l’ordine di reazione. Influenza della temperatura, energia d’attivazione, equazione di Arrhenius, teoria delle collisioni e del complesso attivato. Influenza di temperatura e concentrazione, isoterme di reazione per reazioni esotermiche ed endotermiche.
  • Catalisi e catalizzatori. Modalità d’azione, attività e selettività dei catalizzatori. Catalisi omogenea, acido – base, enzimatica (Michaelis – Menten), con i complessi dei metalli di transizione. Catalisi eterogenea, stadi del meccanismo, diffusione e adsorbimento. I diversi tipi di catalizzatori.
  • Invecchiamento e avvelenamento. Supporti, attivatori, promotori, inibitori.

Chimica organica: Struttura, legami e nomenclatura

  • Stereochimica. Nomenclatura IUPAC. Polarimetria. Spettroscopia (I.R., N.M.R., massa).
  • Risonanza. Conservazione della simmetria orbitalica. Aromaticità. Anti-aromaticità.

Gruppi funzionali

  • Preparazione, reazioni e interconversione di alcani e cicloalcani, alcheni, alchini, dieni, alogenuri alchilici e arilici, alcoli, eteri, epossidi, solfuri, tioli, composti aromatici, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici e derivati, ammine, riconoscimento dei gruppi funzionali anche mediante metodi spettroscopici.
  • Composti eterociclici.
  • Composti organometallici

Macromolecole

Classificazione, struttura, proprietà chimico fisiche specifiche di carboidrati, lipidi. Amminoacidi. Proteine. Acidi nucleici Sintesi proteica Enzimi. Cinetica enzimatica. Metabolismo dei carboidrati. Metabolismo dei lipidi. Metabolismi delle proteine. Bioenergetica.

Complessi microbici

Processi microbici di interesse industriale ed alimentare. Bioconversioni. Aspetti chimici dei processi microbiologici. Respirazione e fermentazione, loro chimismo. Tipi di fermentazione di interesse agroindustriale, processi lipolitici e processi a carico dei composti azotati.

Meccanismi di reazione

  • Sostituzioni e addizioni nucleofile. Sostituzioni nucleofile aromatiche. Addizioni elettrofile. Eliminazioni. Condensazioni. Trasposizioni. Cicloaddizioni.
  • Chimica e natura dei carbocationi, dei carboanioni, dei radicali liberi.

Tecnologia chimica

  • Operazioni Unitarie (principi chimico fisici specifici, apparecchiature e loro dimensionamento compreso il numero degli stadi per le operazioni a stadi d’equilibrio, schemi di processo completi di controllo automatico, applicazioni significative.
  • Trasporto e stoccaggio di solidi, liquidi, gas. Separazioni meccaniche. Trasferimenti di calore.
  • Tecniche di estrazione. Metodi di separazione.

Reattoristica

Le principali caratteristiche e gli usi di reattori discontinui, continui e semicontinui. Caratteristiche
cinetiche. Metodologie del controllo della temperatura, profili termici, condotta auto termica delle
reazioni esotermiche. Reattori catalitici. Fermentatori.

Controllo di processo

  • Gli elementi fondamentali del controllo di processo. Comportamento dinamico dei processi.
  • Regolazione nei processi discontinui, PLC (programmable logic controller). Schemi di regolazione per le apparecchiature dell’industria di processo e per le relative operazioni unitarie

Rappresentazione grafica degli impianti nell’industria di processo

Schema a blocchi, schema di processo, schema di marcia, schemi quantificati, simbologia UNICHIM.

Analisi chimiche

  • I principi generali e le leggi su cui si basano le seguenti tecniche di analisi:
    Analisi quantitativa inorganica. Analisi gravimetrica. Analisi volumetrica
    Analisi spettrofotometriche. Interazione energia-materia. Emissione di fiamma. Intensità e ampiezza delle righe spettrali. Spettrografia. Quantometria Spettrofotometria in assorbimento atomico. Spettrofotometria UV-VIS. Spettrofotometria IR. Spettrometria di massa
  • Tecniche cromatografiche
  • Ripartizione e adsorbimento. Cromatografia su colonna. Cromatografia su strato sottile. Cromatografia per scambio ionico. Cromatografia per esclusione. Gascromatografia. Cromatografia liquida a elevate prestazioni (HPLC)
  • Elettroforesi: principi e campi di applicazione. Elettroforesi capillare.
  • Tecniche elettrochimiche. Conduttimetria. Elettrodeposizione. Potenziometria. Amperometria.
  • Coulombometria. Polarografia
  • Tecniche calorimetriche Analisi termogravimetrica. Analisi termica differenziale
  • Metodi radiochimici
  • Le caratteristiche chimico-fisiche e la classificazione dei terreni agrari. La pedogenesi. Bilanci idrologici. Il pH del terreno. Origine, composizione e proprietà dell’humus. I microrganismi del terreno: classificazione e funzioni.

Tecnologia dei materiali

Struttura cristallina e amorfa dei materiali. Corrosione e protezione dei materiali. Le proprietà elettriche, termiche, ottiche e magnetiche dei diversi materiali. I materiali metallici, ceramici, polimerici, biologici e i biomateriali.

Tecnologie ceramiche

Evoluzione dei processi tecnologici della ceramica. Tecnologie dei prodotti ceramici.

Tecnologie del cuoio

Processi di lavorazione del cuoio. Processi di concia

Tecnologia odontotecnica

Materiali di uso primario e ausiliario

Punti critici e metodologie di controllo

  • Alterazione degli alimenti di natura microbica. Fattori di sviluppo dei microrganismi, curva di crescita dei microrganismi, patogenesi da contaminazione degli alimenti. Agenti patogeni termoresistenti.
  • Igiene dei prodotti agro-alimentari. Qualità e certificazione delle produzioni (certificazione di qualità: ISO, EN, UNI; prodotti tipici: IGP e DOP; tracciabilità e rintracciabilità). Sicurezza alimentare: Sistema di autocontrollo HACCP o sistema di analisi dei rischi e di controllo dei punti critici.
  • Caratteristiche, tecnologie, prodotti di trasformazione dei principali settori delle industrie agroalimentari: settore oleario, enologico, lattiero-caseario, conserviero.

La sicurezza nel laboratorio chimico

Norme generali di comportamento in laboratorio, mezzi di protezione individuali, norme per la manipolazione delle sostanze caustiche, corrosive, tossiche, infiammabili, e per lo smaltimento dei rifiuti.

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