Corso di laurea: Chimica Industriale Programmazione per l'A.A. 2021/2022

Ripasso di Aritmetica e Algebra. Notazione scientifica dei numeri reali. Arrotondamento per cifre decimali e cifre significative. Frazioni, potenze, logaritmi, valore assoluto e proprietà. Semplificazioni di espressioni algebriche. Fattorizzazione di polinomi. Equazioni e disequazioni di primo, secondo e terzo grado.

Introduzione alla Teoria degli insiemi. Definizione di insieme. Insieme vuoto. Sottoinsieme. Unione, intersezione e differenza tra insiemi. Proprietà distributive. Insiemi numerici. Numeri naturali, relativi, razionali, reali. Insieme limitato inferiormente e superiormente. Minimo, massimo, minorante e maggiorante. Estremo inferiore e superiore.

Successioni. Definizione di successione numerica. Successioni aritmetica, geometrica, armonica. Successioni convergenti, divergenti positivamente e negativamente, oscillanti. Successioni limitate. Successioni monotone. Limiti di successioni. Dimostrazione di convergenza e divergenza di successioni elementari tramite la definizione. Limitatezza delle successioni convergenti e controesempio. Algebra dei limiti. Limiti notevoli. Teorema del confronto.

Cenni sulle Serie numeriche. Definizione di serie numerica. Serie numerica convergente, divergente e indeterminata. Serie aritmetica, geometrica, armonica.

Funzioni reali di una variabile reale. Definizione di funzione e di grafico di una funzione. Funzioni iniettive, suriettive, biiettive. Funzioni pari, dispari, periodiche. Funzioni monotone. Funzioni limitate. Punti di minimo e di massimo assoluto. Punti di minimo e di massimo relativo. Funzioni composte. Esempi di funzioni: funzioni lineari, funzione identità, funzioni esponenziali, funzioni logaritmiche, funzione modulo o valore assoluto. Funzioni inverse. Operazioni tra funzioni.

Funzioni trigonometriche. Angoli: radianti e gradi. Definizione di seno, coseno, tangente. Proprietà delle funzioni trigonometriche. Equazioni trigonometriche. Funzioni inverse: arcoseno, arcocoseno, arcotangente. Identità trigonometriche. Funzioni trigonometriche e triangoli.

Funzioni continue. Varie definizioni di limite di funzione. Teoremi vari sui limiti di funzioni. Continuità di una funzione in un punto. Continuità di una funzione in un insieme. Operazioni tra funzioni continue. Teorema di Weierstrass. Teorema di esistenza degli zeri. Teorema dei valori intermedi. Punti di discontinuità. Asintoti per il grafico di una funzione: orizzontali, verticali e obliqui.

Calcolo differenziale. Definizione di derivata prima di una funzione in un punto e relativa interpretazione geometrica. Relazione tra continuità e derivabilità e relativi controesempi. Derivate delle funzioni elementari. Regole di derivazione. Teorema di derivazione delle funzioni composte. Teorema di derivazione delle funzioni inverse. Teoremi del calcolo differenziale: teorema di Fermat e relativo controesempio, teorema di Rolle, Teorema di Lagrange, Teorema di Cauchy. Teorema di De L’Hôpital e relativi esempi e controesempi. Funzioni crescenti e decrescenti: condizioni necessarie, condizioni sufficienti. Determinazione di minimi e massimi relative e assoluti. Derivate di ordine superiore. Concavità, convessità e flessi. Studio di funzione.

Numeri complessi. Definizione. Diagramma di Argand. Operazioni coi numeri complessi. Coniugato. Forma polare. Forma esponenziale. Teorema di De Moivre. Fattorizzazione polinomiale nel campo dei numeri complessi. Radici e logaritmi di numeri negativi.

Matrici e Sistemi lineari. Definizione di matrice. Operazioni con le matrici e proprietà. Matrice identità. Matrice trasposta. Matrice inversa. Determinante. Sistemi lineari di equazioni. Metodo di eliminazione di Gauss. Sistemi lineari sottodeterminati. Sistemi lineari sovradeterminati e metodo dei minimi quadrati.

1. Istituzioni di Matematica, Michiel Bertsch, Bollati Boringhieri.
2. Istituzioni di Matematica e Applicazioni. Paolo Marcellini, Carlo Sbordone. Liguori Editore.

1. La composizione della materia e le reazioni chimiche: concetti introduttivi - misure e grandezze, atomi ed elementi, massa atomica, il concetto di mole, composti chimici e nomenclatura, reazioni chimiche e loro bilanciamento, rapporti quantitativi nelle reazioni chimiche.

2. La struttura atomica: i primi modelli atomici, lo spettro elettromagnetico, spettri atomici, teoria di Bohr, particelle ed onde, equazione d’onda per gli elettroni, numeri quantici ed orbitali, la configurazione elettronica degli elementi, proprietà periodiche e sistema periodico degli elementi.

3. Il legame chimico: strutture di Lewis, legame ionico (cenni), legame covalente, teoria del legame di valenza e ibridazione degli orbitali, molecole poliatomiche e geometria molecolare, teoria degli orbitali molecolari per le molecole biatomiche, forze intermolecolari.

4. La termochimica e cenni di termodinamica: varie forme dell’energia, I° principio della termodinamica, legge di Hess ed entalpie di reazione, spontaneità e disordine, entropia ed energia libera.

5. Gli stati di aggregazione della materia:

Lo stato gassoso: proprietà dei gas, leggi dei gas ideali, miscele gassose, gas reali.

Lo stato liquido: pressione di vapore dei liquidi e temperatura di ebollizione.

Cenni sullo stato solido.

Passaggi di stato, diagramma di stato dell’acqua.

6. Le soluzioni: concentrazione delle soluzioni, legge di Raoult, soluzioni liquido-liquido, soluzioni di soluti non volatili e proprietà colligative.

7. Cenni di cinetica chimica: velocità di reazione, equazione cinetica, ordine di reazione, equazione di Arrhenius, meccanismi di reazione, catalisi.

8. L’equilibrio chimico: reazioni di equilibrio, la costante di equilibrio, influenza della concentrazione, della pressione e della temperatura sugli equilibri chimici.

9. Equilibri ionici in soluzione acquosa: elettroliti e grado di dissociazione, definizioni di acido e base, teoria di Bronsted, prodotto ionico dell’acqua, scala del pH, pH di acidi e basi forti, pH di acidi e basi deboli, acidi poliprotici (cenni), reazioni acido-base, soluzioni tampone.

10. Laboratorio: Esperienze di laboratorio relative alla sintesi di alcuni ossidi metallici, cristallizzazione di sali, titolazioni acido-base.

1. Slides delle lezioni disponibili sul sito: http://studium.unict.it/

2. J. Kotz, P. M. Treichel, J. R. Townsend “Chimica”, EdiSES

3.R. H. Petrucci,F. G. Herring,J. D. Madura,C. Bissonnette "General Chemistry: Principles and Modern Applications", 11th Edition,Pearson

4. A cura di M. Speranza “Chimica Generale e Inorganica”, edi-ermes

5. Michelin Lausarot P.; Vaglio G. A., “Fondamenti di Stechiometria”

Il metodo sperimentale. Misure dirette ed indirette. Il Sistema Internazionale delle unità di misura. Grandezze vettoriali. Operazioni tra vettori. Componenti dei vettori. Prodotto di vettori: prodotto scalare, prodotto vettoriale.

Cinematica in una dimensione. Posizione e spostamento. Velocità media. Velocità istantanea. Accelerazione. Moto uniformemente accelerato. Moto di caduta libera.

Cinematica in tre dimensioni. Posizione e spostamento. Vettore velocità e vettore accelerazione. Moto di un proiettile. Moto circolare uniforme. Moto circolare vario.

Dinamica. La prima legge di Newton. Forza. Massa. La seconda legge di Newton. La terza legge di Newton. Statica di un punto materiale. Esempi di forze. Attrito statico ed attrito dinamico. Dinamica del moto circolare uniforme.

Lavoro ed energia. Energia cinetica. Teorema delle forze vive. Potenza. Campi di forze conservative. Energia potenziale. Energia meccanica. Conservazione dell’energia meccanica.

Sistemi di particelle. Centro di massa. Quantità di moto di una particella e di un sistema di particelle. Conservazione della quantità di moto. Momento angolare di una particella e di un sistema di particelle. Momento meccanico. Conservazione del momento angolare.

Moto di un corpo rigido. Rotazione attorno ad un asse fisso. Energia cinetica di rotazione. Momento d’inerzia. Dinamica rotazionale. Momento angolare e sua conservazione.

Fluidi, densità e pressione. Legge di Stevino. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Linee di flusso ed equazione di continuità. Teorema di Bernoulli. Fluidi reali. Viscosità. Forza di resistenza viscosa. Moto di un corpo in un fluido. Fenomeni di superficie, tensione superficiale e capillarità.

Leggi di Kepler. Forze centrali. Legge di gravitazione universale. Energia potenziale gravitazionale. Massa inerziale e massa gravitazionale.

Oscillazioni. Moto armonico semplice e moto circolare uniforme. Moto armonico semplice smorzato. Oscillazioni forzate e risonanza

1) Video lezioni su www.29elode.it

2) D.Halliday, R.Resnick, K.S.Krane - Fisica I CEA Milano

3) R.A.Serway, R.J. Beichner - Fisica vol. I EdiSES Napoli

4) P. Mazzoldi, M.Nigro, C.Voci - Elementi di Fisica EdiSES Napoli

5) P.A.Tipler, G.Mosca - Corso di Fisica vol. 1 Zanichelli

SCIENTIFIC TOPICS : THE ATOM AND THE ELEMENTS. INORGANIC & ORGANIC CHEMISTRY. SHAPES OF MATTER. PORTRAIT OF THE ATOM. ELECTRONIC STRUCTURE OF THE ATOM. PERIODIC TABLE. CHEMICAL ELEMENTS OF LIFE. A HISTORY OF THE ATOM. DO'S & DON'TS IN A CHEMISTRY LAB.

LANGUAGE STRUCTURES BASED ON TOPICS & ON UNITS.

Unit 1 –Question forms.Suffixes.Formal and informal writing

Unit 2 –Present simple and present continuous.Adjectives and adverbs

Unit 3 –'Like' as a verb and preposition.Prefixes.Using 'like' as a filler word

Unit 4 –Adverbs of Frequency.Commuting and adverbs of frequency.Two ways to say 'often'

Unit 5 –'Have to' and 'must'.Future and past usage.Language practice.

'Have got to' versus 'have to'.

Unit 6 –Past Simple.

-ing and –ed adjectives.

Unit 7 –Past simple and continuous.

Unit 8 -Articles.Grammar.When to use 'the'.When to use the zero article.

Compound adjectives

Unit 9 –'Going to' and present continuous.Past, present or future?

'Going to' and present continuous to talk about the future.

Different ways to talk about the future.Language for making plans

Unit 10 –Verb patterns.When to use the gerund and when the infinitive after a verb.

Unit 11 –Past participles and the present perfect.Present perfect with 'never' and 'ever'

Unit 12 –Present perfect with 'for' and 'since'.

Unit 13 –Comparatives and superlatives.Much and more.More about comparatives.Comparing nouns

Superlatives and comparatives activity.

Unit 14 –'Just', 'already' and 'yet' with the present perfect tense.Compound nouns

Unit 15 –Defining relative clauses.Getting a handle on relative clauses.

Wh- /Relative clauses.Descriptions with relative clauses

Unit 16 –Understanding might, may and could.Using will and might.

May, might and could for possibility.

Unit 17 – REVISION

Unit 18 –'Too', 'very', 'enough'.Modifying adjectives with 'too', 'very' and 'enough'

Unit 20 –Tenses:present simple, present continuous, past simple, present perfect;

going to, present continuous with future meaning.

Mixed tenses.

Talking about plans for the future.

Unit 21 –'if' and 'whether'

Unit 22 –REVISION

Unit 23 –First conditional.'If' + present simple + will

Unit 24 –The second conditional.Would it be better if…

Third conditional.

State verbsand action verbs.

Unit 25 –Present perfect and past simple.

Unit 26 –Question tags

Unit 27–'might' and 'be likely to'.

Unit 28–'Used to' and 'would'.

Suggestions, instructions and advice

Unit 30 –, 'be able to' and 'manage to' in context.Present and past modals of ability.

MAPPE CONCETTUALI. FOTOCOPIE DA INVIARE A MEZZO MAIL. LINKS. PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE.

Normativa vigente in materia di sicurezza nei luoghi di lavoro;

Rischio Chimico e Biologico;

Smaltimento dei rifiuti.

Materiale delle lezioni, e opuscoli forniti dall' Area Prevenzione e Sicurezza dell'ateneo di Catania

Calcolo integrale per funzioni di una sola variabile

Integrale indefinito e sue proprietà - Metodi di integrazione: integrazione per decomposizione e somma, integrazione di funzioni razionali, integrazione per parti, integrazione per sostituzione – Definizione di integrale secondo Riemann e sue proprietà – Alcune classi di funzioni integrabili - Integrali definiti - Cenni di teoria della misura di Peano-Jordan - Significato geometrico dell’integrale di Riemann – Teorema fondamentale del calcolo integrale – Cenni sugli integrali generalizzati e impropri e loro proprietà.

Calcolo differenziale per funzioni di due o più variabili

Richiami di topologia nel piano: punti interni, punti esterni e punti di frontiera, insiemi aperti e insiemi chiusi, punti di accumulazione e punti isolati, insiemi limitati, insiemi compatti, insiemi convessi, insiemi connessi per archi, dominio - Funzioni di più variabili: limiti e continuità Teorema di Weierstrass- Calcolo differenziale per funzioni di più variabili: derivata parziale e direzionale – Differenziale e funzioni differenziabili – Derivate di ordine superiore e lemma di Schwarz – Operatori differenziali: gradiente, divergenza, rotore, laplaciano – Teorema di derivazione delle funzioni composte -Teorema di Lagrange in R2e caratterizzazione delle funzioni con gradiente nullo in una regione – Estremi liberi di una funzione di due variabili e teoremi relativi-Ricerca degli estremi assoluti su un insieme compatto

Calcolo integrale per funzioni di due o più variabili

Calcolo integrale per funzioni di più variabili: integrali doppi e tripli secondo Riemann – Cambiamento di variabili – Formule di riduzione: Teorema di Fubini – Integrali dipendenti da un parametro: regola di Leibinz.

Equazioni differenziali ordinarie

Generalità sulle equazioni differenziali – Il problema di Cauchy – Equazioni differenziali del primo ordine – Equazioni differenziali del primo ordine a variabili separabili – Teorema di Cauchy sull’esistenza ed unicità della soluzione – Equazioni differenziali lineari del secondo ordine a coefficienti costanti – Applicazioni allo studio di oscillazioni libere, smorzate e forzate.

Cenni sulla geometria delle curve e sulle forme differenziali lineari

Curve regolari e generalmente regolari - Curve rettificabili e loro lunghezza - Ascissa curvilinea - Integrale curvilineo di una funzione - Forme differenziali lineari - Integrale curvilineo di una forma differenziale lineare - Forme differenziali esatte e chiuse - Fattore integrante - Applicazioni alla meccanica e alla termodinamica.

C.D. Pagani, S. Salsa: Analisi Matematica 1, Zanichelli , seconda edizione, 2015
C.D. Pagani, S. Salsa: Analisi Matematica 2, Zanichelli , seconda edizione, 2016
Fanciullo M. S., Giacobbe A., Raciti F., Esercizi di Analisi Matematica 2, Medical Books,2013.
T. Caponetto, G. Catania, Esercizi di Analisi Matematica 1 (solo il volume sugli integrali) , CULC Catania

Introduzione alla chimica del carbonio. Richiami sugli orbitali atomici. Configurazione elettronica degli atomi. Rappresentazioni di Lewis. La regola dell’ottetto. Il legame chimico. Legami covalenti e la scala di elettronegatività di Pauling. Teoria della risonanza. Il legame chimico secondo la meccanica quantistica: legami σ e π. Orbitali ibridi sp3, sp2, sp. Interazioni intermolecolari. Classificazione dei composti organici e gruppi funzionali. Principi generali della nomenclatura IUPAC per i composti organici. Rappresentazione delle molecole sul piano e nello spazio. I modellini molecolari.

Le reazioni in chimica organica. Rottura dei legami chimici e simbolismo delle frecce. Classificazione degli atomi di carbonio e di idrogeno. Carbocationi, carbanioni e radicali alchilici: geometria e stabilità. Cenni sui meccanismi di reazione e diagrammi energetici. Richiami sul concetto di acido e base. Reazioni acido-base e reazioni redox di composti organici. Elettrofili e nucleofili. Classificazione delle reazioni: reazioni di sostituzione, eliminazione e di addizione. Cenni sulle reazioni regio selettive, stereo selettive e stereospecifiche.

Alcani e cicloalcani. Nomenclatura IUPAC. Fonti degli alcani e proprietà fisiche. Isomeria costituzionale e isomeria conformazionale negli alcani. Cicloalcani. Tensione di anello e isomeria geometrica dei cicloalcani. Reattività: la sostituzione radicalica e la reazione di combustione.

Isomeria e Stereoisomeria. Isomeria costituzionale. La stereoisomeria: isomeria conformazionale e configurazionale. La chiralità. Carbonio asimmetrico. Stereocentri. Enantiomeria. Attività ottica. Polarimetro. Configurazione relativa e configurazione assoluta. Gli stereodescrittori R ed S: regole di priorità di Cahn, Ingold e Prelog. Metodi di rappresentazione tridimensionale delle molecole: proiezioni di Fisher. Stereoisomeri con due o più atomi C asimmetrici. Diasteroisomeri e composti meso. Importanza biologica della chiralità. Cosa significa la risoluzione di una miscela racemica. Isomeria geometrica: l’isomeria cis-trans.

Alcheni. Struttura e nomenclatura. Isomeria geometrica negli alcheni: nomenclatura cis-trans ed E-Z. Proprietà fisiche. Gli Alcheni in natura. Cenni su dieni, trieni e polieni. Addizione 1,2 e 1,4 ad un diene coniugato. Metodi di preparazione degli alcheni. Reattività del doppio legame carbonio-carbonio: la reazione di addizione elettrofila negli alcheni. Il meccanismo di reazione. L’addizione di acidi alogenidrici e regioselettività. La regola di Markovnikov. L’addizione di acqua. Trasposizione dei carbocationi. L’addizione di alogeni. Cenni sulla formazione di aloidrine. Cenni sulla ossidazione degli alcheni. Riduzione degli alcheni: l’idrogenazione catalitica. Alcheni ciclici.

Alchini. Nomenclatura. Struttura del triplo legame. Reattività. Acidità degli alchini terminali: gli acetiluri. La reazione di addizione negli alchini. Addizione di acidi alogenidrici e di alogeni. Riduzione ad alcheni (con catalizzatore di Lindlar) e ad alcani.

Composti aromatici. Struttura e proprietà del benzene. Energia di risonanza e concetto di aromaticità. Regola di Hückel. Nomenclatura dei derivati del benzene mono-, di- e poli-sostituiti. Reattività dell’anello benzenico: la reazione di sostituzione elettrofila aromatica (S.E.A.). Il meccanismo della S.E.A. Alogenazione; nitrazione; solfonazione; alchilazione, acilazione di Friedel & Crafts. Gruppi attivanti e disattivanti. Reattività ed orientamento.

Alogenuri alchilici e arilici. Struttura e nomenclatura. Metodi di preparazione. Reazioni degli alogenuri alchilici. La sostituzione nucleofila alifatica: i meccanismi SN1 e SN2. Fattori che influenzano il meccanismo di reazione: substrato, gruppo uscente, solvente e nucleofilo. La reazione di eliminazione (β-eliminazione): i meccanismi E1 ed E2. Fattori che influenzano i meccanismi E1 ed E2. Stereochimica delle reazioni di sostituzione ed eliminazione. Competizione tra le reazioni di sostituzione ed eliminazione. Reazione con magnesio o litio: formazione dei composti organometallici. I reattivi di Grignard.

Alcoli. Struttura e nomenclatura. Caratteristiche fisiche: il legame ad idrogeno. Metodi di preparazione. Cenni su dioli e glicoli. Reattività del gruppo alcolico. Formazione di sali; acidità e basicità. Reazione con metalli. Formazione di alogenuri alchilici: reazioni con acidi alogenidrici (SN2 e SN1). Reazione con SOCl2 e PBr3. Formazione di alcheni: disidratazione acido-catalizzata (E1 ed E2). Regioselettività e stereoselettività. Ossidazione degli alcoli primari e secondari. Formazione di semiacetali e acetali. Formazione di esteri. Cenni su: Eteri, epossidi, tioli e solfuri.

Fenoli. Acidità dei fenoli. Carbossilazione di Kolbe dei fenoli. Carbonio benzilico: cenni sulle reazioni del carbonio benzilico. Ossidazione delle catene alchiliche legate al benzene.

Aldeidi e chetoni. Struttura. Nomenclatura. Metodi di preparazione. Caratteristiche chimico-fisiche del gruppo carbonilico. Reattività. Reazioni di addizione nucleofila: addizione di alcoli, di acqua, di reattivi di Grignard, di HCN. Addizione di ammine primarie: formazione di basi di Schiff. Ossidazione. Riduzione dei composti carbonilici. Tautomeria cheto-enolica.

Acidi carbossilici. Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Metodi di preparazione. Acidità. Effetto dei sostituenti sull’acidità in acidi alifatici; formazione di sali; saponi. Reazioni degli acidi carbossilici. Riduzione con LiAlH4: formazione di alcoli primari. Decarbossilazione. Esterificazione di Fischer. Reazione con diazometano: formazione di esteri metilici. Reazione con cloruro di tionile: formazione di cloruri acilici.

Derivati funzionali degli acidi carbossilici. Alogenuri acilici, esteri, anidridi, ammidi, nitrili: struttura e nomenclatura. Reattività. Reazione di sostituzione nucleofila acilica. Addizione di reattivi di Grignard agli esteri. Reazioni di idrolisi dei derivati degli acidi carbossilici. Reazioni di riduzione.

Ammine. Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Basicità. Metodi di preparazione. Reattività. Reazioni delle ammine con acido nitroso. Reazioni dei sali di diazonio. Diazocopulazione. Coloranti azoici. Eliminazione di Hofmann. Eliminazione di Cope.

1) W.H. Brown – B.L. Iverson – E.V. Anslyn – C.S. Foote - “Chimica Organica”, con modelli molecolari - V Edizione EdiSES

2) B. Botta - “Chimica Organica” - Edi-ermes

3) D. Sica - “Esercizi di Chimica Organica” - EdiSES

4) W.H. Brown – B.L. Iverson – S.A. Iverson - “Guida alla soluzione dei problemi di Chimica Organica” - EdiSES

5)William H. Brown, Christopher S. Foote, Brent L. Iverson, Eric Anslyn - Organic Chemistry - Cengage Learning (VI Edition)

6)Thomas N. Sorrell - Solutions to Exercises, Organic Chemistry - Univ Science Books

IL LABORATORIO: Norme di comportamento e dispositivi di sicurezza nel laboratorio di chimica organica. Vetreria di laboratorio. Il Quaderno di Laboratorio.

TECNICHE GENERALI DI PURIFICAZIONE DEI COMPOSTI ORGANICI: Filtrazione. Cristallizzazione. Essiccamento. Sublimazione. Distillazione (a pressione atmosferica, ridotta, frazionata e in corrente di vapore). Estrazione con solvente e coefficiente di ripartizione.

DETERMINAZIONE DELLE COSTANTI FISICHE: Punto di ebollizione. Punto di fusione.

CROMATOGRAFIA: di adsorbimento: su colonna e su strato sottile.



ESERCITAZIONI IN LABORATORIO:


Purificazione di un composto organico mediante cristallizzazione
Distillazione semplice (separazioni di due liquidi e determinazione del punto di ebollizione)
Estrazione con solventi (separazione di sostanze organiche)
Preparazione del sapone
Sintesi dell’aspirina
Estrazione dei pigmenti dalle foglie di spinaci e separazione mediante cromatografia su colonna
Cromatografia su strato sottile
Estrazione della caffeina dalle foglie di te

1. D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz. Il laboratorio di Chimica Organica. Ed. Sorbona

2. M. D’Ischia. La Chimica Organica in Laboratorio. Ed. Piccin

3. R. M. Roberts, J. C. Gilbert, S.F. Martin. Chimica Organica Sperimentale. Zanichelli

4. K. L. Williamson, K. M. Masters. Macroscale and Miscoscale Organic Experiments. Ed. K. Williamson, Houghton Mifflin

Teoria (3 CFU)

Elettrochimica

· Generalità sulle celle elettrochimiche. Celle voltaiche. Semielementi galvanici. Tipi di semielementi.Elettrodo a idrogeno e potenziali normali. Energia libera e lavoro elettrico. Legge di Nerst. Celle elettrolitiche. Predizione dei prodotti di elettrolisi e leggi di Faraday.

Strutture dei solidi e solubilità

- Strutture dei solidi. solidi cristallini e amorfi. Classificazione dei solidi in base alla tipologia di legame. Solidi ionici e covalenti. Energia reticolare e costante di Madelung.

- Solubilità dei Sali in acqua. Energetica del processo di dissoluzione. Sali poco solubili. Equilibri di solubilità e prodotto di solubilità.

Chimica degli elementi del blocco s-p

• Aspetti generali degli elementi e proprietà periodiche. Sistematica dei gruppi principali. Idrogeno e gruppi 1°-2° e 13°-18°. Caratteristiche generali degli elementi dei singoli gruppi. Abbondanza naturale. Reattività allo stato elementare. Principali metodi di preparazione. Composti con idrogeno, ossigeno ed alogeni. Sali e altri composti principali.

Cenni sui metalli di transizione e sui composti di coordinazione





Esercitazioni e Laboratorio (3 CFU)

Esercitazioni in aula:

- Calcolo della forza elettromotrice (f.e.m.) delle celle galvaniche. Applicazioni della legge di Nerst. Effetto del pH.

-Applicazione delle Leggi di Faraday

-Calcoli sulla solubilità di sali poco solubili. Effetto dello ione comune. Effetto del pH sulla solubilità.



Esperienze in Laboratorio :

• Preparazione della pila di Daniel e delle pile a concentrazione.

• Elettrolisi dell’acqua ed applicazioni della legge di Faraday

• Determinazione del prodotto di solubilità del CaSO4×2H2O

• Riconoscimento e separazione degli ioni del 2° gruppo

• Riconoscimento degli anioni Cl-, Br- ed I-

• Preparazione del complesso argento-ammoniaca e determinazione della costante di complessazione

•1. Slides delle lezioni disponibili sul sito: http://studium.unict.it/

•2 Bertini, Luchinat, Mani «Chimica Inorganica» Ambrosiana

•3. John Kotz, Paul M. Treichel, John R. Townsend “Chimica”, EdiSES

•4. Petrucci, Harwood, Herring, “Chimica Generale”, Piccin

•5. A cura di M. Speranza “Chimica Generale e Inorganica”, edi-ermes”

Il Corso si articola per circa 13 settimane. Le prime 3 settimane (in ogni settimana si tengono 3+3+2 ore di lezione per un totale di 8 ore settimanali) sono dedicate a lezioni frontali in cui si affrontano argomenti connessi al Laboratorio di Fisica, in particolare:

a) TEORIA DEGLI ERRORI: Incertezza di una misura e precisione. Errori casuali ed errori sistematici. Propagazione degli errori nelle misure indirette. Analisi statistica di un set di misure: media e deviazione standard. Errore sulla media. Istogrammi di frequenza. Distribuzione di probabilità di Gauss. Best-fit lineare e sua incertezza. (1a Settimana)

b) Spiegazione degli esperimenti da eseguire in Laboratorio per la misura di grandezze fisiche legate alla meccanica classica, all’elettromagnetismo e all’ottica geometrica e ondulatoria, in dettaglio: (2a e 3a Settimana)


Misura dell’accelerazione di gravità mediante il pendolo semplice.
Misura della costante elastica di una molla.
Misura di resistenze con il ponte di Wheatstone.
Misura del potere rotatorio e legge di Malus.
Misura di resistenze con il metodo Volt-Amperometrico.
Misura di resistenze elevate tramite la scarica di un condensatore.
Misura della distanza focale di una lente convergente con il metodo di Bessel.
Misura di un’Induttanza tramite circuito RLC in corrente alternata.


Nelle successive 10 settimane, per singola settimana viene svolto il programma di Fisica 2 (lezioni frontali per 5 ore a settimana) e 3 ore di esercitazione pratica presso il Laboratorio didattico di Fisica. Argomenti Trattati:

Il campo elettrostatico
Carica elettrica - Legge di Coulomb - Campo elettrostatico - Linee di forza - Calcolo del campo elettrostatico per distribuzioni discrete di carica - Dipolo elettrico - Flusso del campo elettrostatico - Teorema di Gauss (I Equazione di Maxwell) - Conduttori elettrici - Carica e campo elettrostatico in un conduttore –Elettrizzazione per induzione e per contatto. (4a Settimana)

Il potenziale elettrostatico
Potenziale elettrostatico e differenza di potenziale - Potenziale di un sistema di cariche - Energia potenziale elettrostatica - Superfici equipotenziali - Calcolo del potenziale elettrostatico per varie distribuzioni di carica. (5a Settimana)

Capacità elettrica ed energia elettrostatica
Capacità elettrica - Condensatori e loro capacità - Condensatori in serie e in parallelo - Energia elettrostatica in un condensatore - Dielettrici. (6a Settimana)

Corrente elettrica nei solidi
Moto delle cariche e corrente elettrica - Modello classico della conduzione - Legge di Ohm – Resistenza elettrica - Resistività e sua dipendenza dalla temperatura - Energia nei circuiti elettrici – Effetto Joule - Generatori di forza elettromotrice - Resistenza interna - Conduttori, isolanti e semiconduttori - Resistenze in serie e parallelo - Circuito RC (fase di scarica). (7a Settimana)

Il campo magnetico
Definizione del campo magnetico - Forza di Lorentz – II Legge di Laplace - Moto di una carica puntiforme in un campo magnetico – Lo spettrometro di massa - Momento magnetico di un magnetino e di una spira percorsa da corrente - Equivalenza di Ampère – Amperometro - Voltmetro. (8a Settimana)

Sorgenti del campo magnetico
Legge di Biot e Savart - Calcolo del campo magnetico generato da correnti (I Legge di Laplace) - Applicazione al caso della corrente rettilinea e della spira circolare –Definizione dell’Ampère e del Coulomb - Teorema di Ampère (IV Equazione di Maxwell) e sua applicazione al solenoide - Campo magnetico di una barra magnetizzata - Flusso del campo magnetico (II Equazione di Maxwell). (9a Settimana)

Induzione elettromagnetica
Legge di Faraday-Neumann (III Equazione di Maxwell) - Legge di Lenz - Forza elettromotrice mozionale - Esempi applicativi delle leggi dell'induzione elettromagnetica: alternatore e dinamo - Induttanza, autoinduttanza e mutua induttanza - Induttanza di un solenoide - Circuiti RL - Energia magnetica. (10a Settimana)

Circuiti in corrente alternata
Generatori di forza elettromotrice alternata - Corrente alternata in un resistore - Corrente alternata in un condensatore - Corrente alternata in un induttore - Circuiti RC, RL e RCL in serie - Reattanza capacitiva, reattanza induttiva e impedenza - Circuito RCL in risonanza - Potenza. ( 11a +3 ore 12a Settimana)

La radiazione elettromagnetica e la luce
La radiazione elettromagnetica - Dualismo onda-particella - La velocità della luce – Luce polarizzata –Potere rotatorio - Le tre leggi sulla riflessione e rifrazione – Indice di rifrazione. (2 ore 12a Settimana)

Ottica geometrica
Spazio oggetti e spazio immagini - Formazione delle immagini per rifrazione - Lenti convergenti e divergenti – Equazione dei fabbricanti delle lenti. (3 ore 13a Settimana)

Ottica fisica
Interferenza - Interferenza da un sistema di due fenditure -Diffrazione da una singola fenditura - Risoluzione - Reticoli di diffrazione. (2 ore 13a Settimana)

Mazzoldi P., Nigro M.,Voci C.: "Elementi di Fisica - Elettromagnetismo" EdiSES, Napoli.
Halliday-Resnick: Fondamenti di Fisica-Elettromagnetismo e Ottica, Editrice Ambrosiana
A. Foti, C.Giannino: Elementi di analisi dei dati sperimentali (Ed. Liguori, Napoli)
A. Insolia, F. Riggi: Laboratorio di Fisica (Ed. CULC, Catania)

Introduzione al corso e generalità: Sistemi termodinamici, funzioni di stato, grandezze parziali molari. Forze intermolecolari. Equazioni di stato di sistemi in fase gassosa e condensata. Equazione di van der Waals, stato critico, principio degli stati corrispondenti e valutazione del fattore di compressibilità di gas reali puri e in miscela. Calore; lavoro.

1° Principio della Termodinamica: Esperienze di Joule. Energia interna; entalpia. Capacità termiche a volume e pressione costante. Pressione interna. Processi isotermi e adiabatici reversibili e irreversibili. Termochimica: leggi,calorimetria. Entalpia e Bilanci termici.

2° Principio della Termodinamica: Entropia. Ciclo e teorema di Carnot. Diseguaglianza di Clausius. Entropia come criterio di spontaneità e di equilibrio. Funzioni ausiliarie: funzioni di lavoro ed energia libera. Condizioni di equilibrio in sistemi chiusi: equazione di Gibbs-Helmholtz. Relazioni termodinamiche fondamentali ed equazioni termodinamiche di stato. Potenziale chimico. Equazione di Gibbs-Duhem.

3° Principio della Termodinamica. Comportamento della materia in prossimità dello zero assoluto. Entropie assolute e loro utilizzazione.

Applicazioni dei principi della Termodinamica: Sistemi gassosi perfetti e reali: potenziale chimico, fugacità, coefficienti di fugacità.

Sistemi polifase: deduzione termodinamica della regola delle fasi, equazione di Clausius-Clapeyron; leggi di Raoult e di Henry; equazione di Margules-Duhem. Potenziale chimico e convenzioni sugli stati standard nelle soluzioni. Diagrammi di fase.

Concetti di cinetica chimica

Lo studente è libero di scegliere qualunque libro di testo.

Testi consigliati:

1. CHIMICA FISICA Peter William AtkinsJulio de Paula, Zanichelli

2. CHIMICA FISICAun approccio molecolareDonald A McQuarrieJohn D Simon, Zanichelli

Enoli ed enolati

Tautomeria cheto-enolica – enolizzazione catalizzata da acidi e basi – stabilità degli enoli - Acidità dell’idrogeno in a al carbonile– anioni enolato e reattività -Alogenazione del carbonio a degli acidi carbossilici –– Alchilazione del carbonio a - Condensazione aldolica: formazione diß-idrossialdeidi– La disidratazione di un prodotto di condensazione aldolica – Condensazione aldolica incrociata – Reazione aldolica intrmolecolare – Condensazione di Claisen: formazione diß-chetoesteri –Altre condensazioni incrociate – Reazioni di condensazione e di addizione aldolica intramolecolare – Decarbossilazione diß-chetoacidi – Enammine – Sintesi acetacetica - Sintesi malonica

Carbonilialfa-betainsaturi

Effetti della coniugazione - Reazioni di addizioni coniugate – Alchilazione del carbonio b – Reazione di Michael- Attacco nucleofilo al carbonile o coniugato - addizione coniugata seguita da ciclizzazione nella sintesi di anelli (Anellazione di Robinson) - reazioni con composti organometallici e presenza di sali di Cu(I)

Composti eterociclici

Composti eterociclici non aromatici ed aromatici – nomenclatura – Composti elettron-ricchi (pirrolo, furano, tiofene): caratteristiche elettroniche e reattività (protonazione, sostituzione elettrofila aromatica), sintesi del pirrolo, furano e tiofene – Composti elettron-poveri (piridina): caratteristiche elettroniche e reattività (protonazione, addizione elettrofila all’azoto, sostituzione elettrofila aromatica, sostituzione nucleofila aromatica, reazione di Chichibabin), sintesi della piridina

Carboidrati

Classificazione dei carboidrati – Monosaccaridi: struttura e nomencaltura – proiezioni di Fisher e chiralità – notazione D/L – struttura ciclica dei monosaccaridi – anomeri – mutarotazione – Reazioni dei monosaccaridi: formazioni di glicosidi, riduzione ad alditoli, ossidazione ad acidi aldonici, ossidazione con acido periodico- Disaccaridi: saccarosio e lattosio – Polisaccaridi: glicogeno e cellulosa

Amminoacidi, peptidi e proteine

Nomenclatura degli amminoacidi – Configurazione degli amminoacidi – Proprietà acido-basiche degli amminoacidi – Il punto isoelettrico – Separazione degli amminoacidi – Metodi di sintesi degli amminoacidi – Risoluzione di una miscela racemica di amminoacidi – Legami peptidici e legami disolfuro – Strategie di sintesi peptidica – Sintesi peptidica automatizzata – Introduzione alla struttura delle proteine – Come determinare la struttura primaria di un polipeptide o di una proteina – Struttura secondaria delle proteine – Struttura terziaria delle proteine – Struttura quaternaria delle proteine.

Reazioni pericicliche

Dieni coniugati, orbitali molecolari e simmetria, reazioni elettrocicliche, cicloaddizioni, trasposizioni sigmatropiche, addizioni elettrofile, Dies-Alder, reazioni pericicliche

Composti organometallici e formazione di nuovi legami C-C

Reazioni coupling C-C: Metodologie sintetiche covalenti irreversibili Formazione di nuovi legami C-C. Suzuki, Stille, Heck, Sonogashira, Negishi. Formazione di nuovi legami C=C: Metatesi; Click Chemistry

Retrosintesi

Principi base delle disconnessioni, Metodologie di disconnessione: sintesi di composti aromatici, ordine degli eventi, disconnessioni C-X, chemoselettività, sintesi di ammine, gruppi protettori, disconnessioni C-C (alcoli, aldeidi e chetoni, composti carbonilici), regioselettività nelle alchilazioni di chetoni, disconnessione di alcheni (eliminazione da alcoli, Wittig sintesi di dieni), uso dell’acetilene.

Acidi Nucleici

Nucleosidi e nucleotidi, Altri nucleotidi importanti, Struttura del DNA, Acidi ribonucleici e trascrizione dell’RNA, Codice genetico.





METODI FISICI IN CHIMICA ORGANICA

Principi generali della spettroscopia di assorbimento. Spettroscopia UV-VIS e IR. Principi generali ed esempi di applicazioni alle molecole organiche.

Gas cromatografia. Fattori essenziali inerenti la tecnica gas cromatografica. Colonne cromatografiche. Cromatografia liquida ad alte pressioni (HPLC). Principi generali.

Spettroscopia NMR, NMR a trasformata di Fourier, Effetto dello schermo, molteplicità dei segnali, chemical shift, anisotropia diamagnetica, integrazione dei segnali, costanti di accoppiamento. Spettroscopia13C NMR, spettroscopia NMR bidimensionale.



ESERCITAZIONI DI LABORATORIO


Impiego della TLC per l’identificazione di diverse sostanze organiche presenti in miscela:come si procede per la scelta della miscela eluente più idonea?
Esecuzione pratica di reazioni di :
Sostituzione elettrofila aromatica: sintesi p-nitroanilina (gruppi protettori).
Sintesi multistep: preparazione di un anestetico locale (benzocaina), sostituzione nucleofila acilica.


Isolamento, purificazione e caratterizzazione dei prodotti ottenuti nelle singole esperienze mediante: punto di fusione, UV-Vis, IR,1H- e13C-NMR.

B. Botta, Chimica Organica, Ed. Edi.Ermes, Milano (ISBN 9788870513271);
P. Y. Bruice,Chimica Organica,Ed. EDISES, Napoli;
J. G. Smith,Chimica Organica, Ed. McGraw-Hill, Milano;
J. McMurry,Chimica Organica,Ed. PICCIN, Padova.
R.M. Silverstein, F.X. Webster,Identificazione Spettroscopica di Composti Organici, Ambrosiana.

1. L’INDUSTRIA CHIMICA

L’industria chimica. Chimica di base e chimica fine. La chimica italiana nel contesto europeo e mondiale. Problematiche generali di un processo industriale. Diagrammi di processo.

2. ASPETTI TERMODINAMICI E CINETICI DI UN PROCESSO

Cenni su termodinamica e cinetica di un processo. Catalizzatori. Conversione, Selettività, Resa. Processi continui e discontinui.

3. MATERIE PRIME E FONTI ENERGETICHE

Petrolio e gas naturale: origine e composizione. Caratteristiche e classificazioni di un grezzo. Giacimenti e tecnologie di prospezione e perforazione. Frazioni del petrolio. Raffinazione e principali prodotti di raffineria. Carbone: struttura e tipi di carbone. Distillazione secca. Produzione di gas di sintesi. Biomasse: origine ed applicazioni. Prodotti primi: produzione di olefine e syngas.

4. ACQUA PER L’INDUSTRIA E PER L’ALIMENTAZIONE

Proprietà dell’acqua. Il ciclo dell’acqua. Classificazione ed analisi. Requisiti ed usi dell’acqua per l’industria e per l’alimentazione umana. Principali trattamenti delle acque industriali.

5.MATERIALI PER L’INDUSTRIA

Materiali metallici: struttura e proprietà. Acciai e leghe metalliche. Diagramma di stato Fe-C. Corrosione metallica. Materiali non metallici: vetri, ceramici, leganti aerei ed idraulici.

6. ASPETTI AMBIENTALI DI UN PROCESSO

Fonti ed effetti di emissioni nocive. Principali inquinanti atmosferici. Trasformazioni in atmosfera. Smog fotochimico. Effetto serra. Piogge acide. Buco dell’ozono. Motori ed inquinamento. Motori a benzina, diesel, ibridi.

7.PRODOTTI DELLA CHIMICA INDUSTRIALE

Detergenti. Fertilizzanti.

1. Appunti delle lezioni del docente in formato pdf

1. Spettroscopia:

Radiazione elettromagnetica: natura ondulatoria, natura corpuscolare, effetto fotoelettrico e diffrazione, principio di Heisenberg. Spettro elettromagnetico. Rifrazione, indice di rifrazione, legge di Snell, riflessione interna totale. Interazione radiazione materia: riflessione, trasmissione/assorbimento, diffusione (Rayleigh, Mie, Raman). Assorbimento ed emissione delle radiazioni. Assorbimento atomico. Assorbimento molecolare. Moti vibrazionali e rotazionali. Fluorescenza, fosforescenza.

2. Spettroscopia molecolare - UV-vis

Caratteristiche generali. Trasmittanza, assorbanza, Legge di Beer. Limitazioni della legge di Beer. Fotometro e spettrofotometro. Spettrofotometro a raggio singolo, Spettrofotometro a doppio raggio. Sorgenti. Selettori di lunghezza d’onda. Trasduttori,

3. Spettroscopia molecolare - infrarosso

Caratteristiche generali. Oscillatore armonico ed anarmonico, momento dipolare di transizione. Modi vibrazionali molecolari. Principali segnali IR: zona gruppi funzionali, zona fingerprint. Spettrofotometri a dispersione. Spettrofotometri in trasformata di Fourier: Dominio del tempo e dominio delle frequenze, trasformata di Fourier, Interferometro di Michelson. Sorgenti. Rivelatori. Caratteristiche spettro IR ed interferenze. Celle per analisi di gas e liquidi. Analisi di solidi. Riflettanza diffusa. Riflettanza totale attenuata. Microscopia.

4. Spettroscopia molecolare - Raman

Caratteristiche generali. Effetto Raman. Polarizzabilità. Confronto con spettroscopia IR. Intensità segnale Raman. Rapporto di depolarizzazione. Resonance-enhanced Raman Scattering. Surface-enhanced Raman Scattering. Sorgenti. Spettrometro dispersivo ed in trasformata di Fourier. Microscopia Raman.

5. Spettroscopia atomica

Strumentazione per assorbimento, emissione e fluorescenza atomica. Assorbimento atomico: sorgenti, fenomeni di allargamento delle righe spettrali, effetto della temperatura, metodi di introduzione di campioni, atomizzazione in fiamma e termoelettrica, interferenze. Strumentazione per assorbimento atomico. Spettrometria di emissione atomica: sorgenti al plasma ad accoppiamento induttivo.

6. Spettrometria di massa

Concetti base. Sorgenti ioniche: ICP, EI, CI, FD, FAB. SIMS, LD-MS, MALDI, ESI. Analizzatori di massa: settore magnetico, quadrupolo, tempo di volo, trappola ionica, ICR-MS. Equazione di Mathieu, frequenza secolare, intrappolamento ioni, isolamento, eccitazione risonante, Esperimenti di SIM, MS/MS, tecniche ifenate.

7. Metodi elettroanalitici

Caratteristiche generali. Cella galvanica. Potenziale elettrodico. Equazione di Nernst. Cella elettrolitica. Potenziale di giunzione, ponte salino. Doppio strato elettrico. Metodi elettroanalitici. Potenziale ohmico. Polarizzazione dell’elettrodo. Elettrodi di riferimento: standard ad idrogeno, calomelano, Ag/AgCl. Elettrodi indicatori: prima, seconda e terza specie, redox, a membrana. Elettrodo a vetro: il vetro, potenziale di interfase, potenziale di asimmetria, calibrazione, errore alcalino ed acido. Elettrodo a vetro combinato. Potenziometro, errore di carico, inseguitori di tensione. Principali tecniche elettroanalitiche: potenziometria, voltammetria, amperometria.

8. Metodi cromatografici

Classificazione dei metodi cromatografici. Il cromatogramma, picco cromatografico, tempo di ritenzione, tempo morto, velocità di migrazione media dei soluti. Il coefficiente di ripartizione. La teoria classica dei piatti teorici e l’efficienza cromatografica. Gascromatografia, cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). Applicazioni analitiche.

9. Statistica delle misure ripetute (esercitazioni)

Errore assoluto e relativo. Tipi di errori. Accuratezza e precisione. Statistica descrittiva: Istogrammi, parametri di posizione, parametri di
dispersione. Distribuzioni di probabilità. Distribuzione binomiale. Distribuzione Normale, Distribuzione Normale standardizzata, Distribuzione di Student, Distribuzione del χ2, Distribuzione di Fisher-Snedecor. Inferenza Statistica. Teoria delle stime. Teorema del limite centrale. Intervallo di confidenza per la speranza matematica e per la varianza teorica e per la differenza tra due speranze matematiche. Test di verifica di ipotesi. Cifre significative. Propagazione errore. Correlazione tra variabili, covarianza, coefficiente di correlazione. Regressione lineare: metodo dei minimi quadrati, deviazione standard della regressione, della pendenza, dell’intercetta e dei valori dedotti dalla retta, bontà dell’adattamento, coefficiente di determinazione. Effetto matrice, recupero, metodo delle aggiunte standard. Sensibilità. Limite di rivelazione e di quantificazione.

10. Costruzione di un fotometro per misure di assorbanza (laboratorio)

Circuiti stampati. Simboli per componenti elettronici. Legge di Ohm, legge di Kirchhoff, partitore di tensione e partitore di corrente. Resistenze e relative convenzioni. Semiconduttori intrinseci ed estrinseci, droganti p ed n. Diodi: polarizzazione diretta ed inversa. Light emitting diode (LED). Fotoresistenze. Amplificatori operazionali: dispositivi a comparazione, inseguitori di tensione, amplificatori operazionali invertenti.

Determinazione fotometrica del ferro in soluzioni acquose.

11. Titolazioni potenziometriche (laboratorio)

Determinazione del contenuto di acido fosforico nella Coca-cola per via potenziometrica.

-Appunti di lezione.

-Skoog, Leary, “Chimica Analitica Strumentale”, Edises.

-Skoog, West, Holler, Crouch, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Edises

-Rubinson, Rubinson, “Chimica analitica strumentale”, Zanichelli

-Maria Garetto, "STATISTICA Lezioni ed esercizi".QUADERNI DIDATTICI del Dipartimento di Matematica. Università di Torino.

I – La descrizione quantistica della struttura di atomi e molecole

II - Interazione radiazione-materia e spettroscopia molecolare

III - Elementi di cinetica chimica

McQuarrie, Simon - Physical chemistry: a molecular approach

P.W.Atkins - Chimica fisica

Parte I: Operazioni Unitarie


Processi di separazione e apparecchiature per le operazioni a stadi
Diagrammi termodinamici di equilibrio
Equilibri di fase (gas-liquido, liquido-liquido, fluido-liquido) e relazioni di equilibrio
Calcolo dello stadio di equilibrio: bilanci di massa e di energia
Operazioni a stadi multipli (equicorrente, correnti incrociate e controcorrente)
Metodi di calcolo semplificati per le operazioni a stadi multipli: metodo grafico di McCabe-Thiele


Parte II: Fenomeni di Trasporto


Trasporto molecolare e diffusione, forze intermolecolari.
Trasferimento di momento
Fluidi newtoniani e non newtoniani. Le equazioni del bilancio energetico: fluido ideale e fluido dissipativo. Il bilancio meccanico. Il Bilancio di massa e l’equazione della continuità. Le equazioni di Navier-Stokes.
Cenni di geometria frattale: perimetro bagnato. Metodo di Buckingham delle costanti adimensionali. Diagramma di Moody. Regime laminare e turbolento, fenomeni di instabilità e leggi del caos.
La fluidodinamica moderna. Metodi numerici e metodi empirici per la soluzione delle equazioni differenziali della Fluidodinamica moderna.
Trasferimento di calore: conducibilità nei gas e nelle fasi condensate, leggi di Fourier, applicazioni.
Trasferimento di massa.
La legge della continuità e leggi di Fick. Processi di trasporto nei liquidi. Processi di trasporto nei solidi. Effetti di correlazione dei flussi ed equazioni fenomenologiche di Onsager. Trasferimento di massa e reazioni chimiche.

Lo studente è libero di scegliere qualunque libro di testo.


L. Forni, I. RossettiFenomeni di Trasporto, Cortina Editore, Milano, 2009.
C.O. Bennett, J.E. Meyers,Momentum, heat and mass transfer, Mc Graw - Hill, New York 1962.
Principles of unit operations, A. S. Foust, L. A. Wenzel, C. W. Clump, L. Maus and L. B. Anderson, John Wiley & Sons, New York (1980)

FRONTALI IN AULA

1. Presentazione dell’area industriale Priolo-Augusta

Cenni storici sulla nascita del polo industriale di Priolo/Augusta. Industria privata e industria pubblica. Differenziazione della classe operaia.

2. Raffinazione del greggio e sistema integrato di produzione

Ceni storici e caratteristiche della materia prima: greggio. Criteri di scelta secondo gli scenari di mercato e proprietà intrinsiche di tipo chimico, chimico-fisiche e tecnologiche. Ciclo di raffinazione integrato: schemi a blocchi, descrizione degli impianti, formulazione prodotti finiti, cogenerazione di energia elettrica.

3. Petrolchimica a supporto della raffinazione

Impianti di produzione di intermedi chimici per la formulazione di carburanti: schemi a blocchi, caratteristiche e descrizione impianti. Applicazioni di Petrolchimica da intermedi prodotti dalla raffinazione del greggio

4. Specifiche prodotti: nazionali ed internazionali; normazione dei combustibili per autotrazione e per la flotta aerea

Origine di una specifica prodotto: iter di redazione e pubblicazione; caratteristiche e interpretazione.

5. Controllo qualità : prodotti semilavorati, materie prime, prodotti finiti, additivi e denaturanti

Metodologie analitiche per il controllo delle materie prime approvvigionate per il ciclo di raffinazione integrato, per il controllo dei semilavorati e dei prodotti finiti. Descrizione dei metodi analitici indicati nelle specifiche prodotto, in termini di significato emodalità operative. Caratteristiche degli additivi usati per la formulazione finale dei carburanti/combustibili con particolare riguardo ai Cold Flow Improvers. Denaturanti fiscali usati per la differenziazione dei carburanti in ragione alla destinazione d’uso. Modalità di blending dei prodotti finiti. Tecniche di blending per la previsione delle proprietà più importanti dei prodotti petroliferi finiti destinati alla commercializzazione.

6. Biocarburanti

Tipologie. Materia prima per la produzione di Biodiesel. Processo produttivo. Caratteristiche ed uso.

7. Accreditamento di un laboratorio chimico (integrato)

Interpretazione della norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025:2018; esempio di redazione della documentazione a supporto: Manuale della Qualità, Procedure gestionali, Istruzioni tecniche. Analisi del contesto analitico/gestionale, rischi ed opportunità, con esercitazione.

8. Tecnologie chimiche per il controllo di processo

Modalità applicative e caratteristiche della chimica analitica per il controllo diretto del processo produttivo.

9. Sicurezza nei laboratori chimici.

Prescrizioni e precauzioni.

Elementi di analisi dei dati sperimentali: controllo statistico della qualità

Errori di misura , accuratezza e precisione, ed incertezza di misura. Valutazione statistica dei risultati sperimentali,

10. Trattamento di un metodo analitico

Analisi dei rischi di un metodo di misura, approntamento della strumentazione e sperimentazione. Verifica dei dati ottenuti in merito alla ripetibilità espressa. Redazione di una nota tecnica.

11. Visione e verifica dei metodi di prova per carburanti e combustibili.

Visita al Laboratorio chimico controllo qualità di una Raffineria. In particolare, approfondimenti teorici e pratici sulle determinazioni motoristiche CFR (Cooperative Fuel Research). Relazione sulle visite redatte dagli studenti.

LABORATORIO, CON VISITA IN CAMPO DI UN LABORATORIO CONTROLLO QUALITA’ DI UNA RAFFINERIA (Attenzione!!! Le visite previste saranno programmate qualora l'emergenza sanitaria COVID-19 lo permetta e sempre a discrezione dell'azienda ospitante)

12. Esperienze di laboratorio.

Esercitazioni analitiche che riguardano l’acqua e prodotti petroliferi / petrolchimici. Relazioni finali sulle esperienze redatte dagli studenti

Slides del docente in formato in formato ODP


Specifiche prodotti nazionali ed internazionali (EN 228 : Combustibili per autotrazione - Benzina senza piombo - Requisiti e metodi di prova,EN 589: Combustibili per autotrazione GPL Requisiti e metodi di prova, EN 590: Combustibili per autotrazione - Gasolio per motori diesel - Requisiti e metodi di prova ; EN 14214: Liquid petroleum products - Fatty acid methyl esters (FAME) for use in diesel engines and heating applications - Requirements and test methods)


APAT/IRSA CNR, Metodi analitici per le acque (manuale 29)


Armando canuti, L’ultima acqua, Chiariotti Editore


Annual Book of ASTM Standards, Sezione 5 : volumi da 05.01 a 05.06


IP Standard Methods, For analysis and testing of petroleum and related products and British standards: volumi 1 e 2


UOP Laboratory test Methods for petroleum and Its Products


NORMA UNI CEI EN ISO/IEC 17025_2005 : Requisiti generali per la competenza dei laboratori di prova e taratura


NORMA UNI CEI 70098-3: 2016: Incertezza di misura - Parte 3: Giuda all'espressione dell'incertezza di misura


John R. Taylor, Introduzione all’analisi degli errori, Zanichelli


D.H. Williams I. Fleming, Spectroscopic methods in organic chemistry, McGraw-Hill


Guida alla predisposizione del Manuale della Qualità secondo la norma 17025, ANGQ


Manuali Unichim n 191/2/3 : La sicurezza nei laboratori


Pierluigi Poggi, Tutto Combustibili, Sandit Libri


Carlo Giavarani, Guida allo studio dei processi di raffinazione e petrolchimici, Edizioni scientifiche SIDEREA


Erich M. Bayer, Petrolio e Metano nuove fonti per le materie plastiche, Hoepli


Giuseppe Carcaci, Il Petrolio, Edizioni Radio Italiana


Ennio Cicconetti, Analisi Tecniche e elettrochimiche, Sansoni


Silvio Di Pietro, Tecnologie Chimiche Industriali vol.i 1,2,3, Hoepli

1. Elementi di transizione e loro composti di coordinazione: proprietà degli elementi di transizione, elementi di transizione interni, composti di coordinazione, basi teoriche di legame e proprietà dei complessi, configurazioni elettroniche dei metalli di transizione e dei loro ioni, energie di ionizzazione per i metalli di transizione della prima riga, Raggi atomici delle serie di transizione 3d, 4d e 5d, Proprietà periodiche dei metalli di transizione, stati di ossidazione e specie per ioni di metalli di transizione in soluzione acquosa.

2. Composti di coordinazione: leganti direttamente legati al metallo o controioni per sali ionici, teoria di Blomstrand e teoria di coordinazione di Werner, nomenclatura dei composti di coordinazione, nomi di ligandi comuni, isomeria di legame, leganti polidentati, formazione di ioni complessi , Ossoanioni acquosi di elementi di transizione, Comportamento metallico dei metalli di transizione, Potenziali elettrodici standard degli elementi di transizione della prima riga, Comportamento magnetico e colore, Cenni sui lantanidi ed attinidi, Strutture di ioni complessi, Numeri di coordinazione, Geometrie e ligandi, Chelati.

3. Isomeri dei composti di coordinazione: Isomeria geometrica, complessi ottaedrici: fac e mer, chiralità, isomeri ottici e attività ottica in ioni di complessi ottaedrici, pseudorotazione di Berry, isomeri costituzionali dei composti di coordinazione.

4. Legame in ioni complessi: interazione tra uno ione metallico e un ligando vista come una reazione acido-base di Lewis, gli orbitali ibridi necessari per ioni complessi ottaedrici, tetraedrici, planari quadrati e lineari, energie degli orbitali 3d per uno ione metallico in un complesso ottaedrico, disposizione degli elettroni negli orbitali 3d, proprietà magnetiche, assorbimento della luce visibile da parte dello ione complesso, colori dei complessi di metalli di transizione, teoria del campo cristallino, serie spettrochimica.

5. Sistematica degli Elementi della Prima riga di transizione: caratteristiche generali; preparazione, proprietà ed uso degli elementi, Composti più comuni: sintesi e reattività. Complessi organometallici di uso industriale. Metallo-alchili, alchilideni, carbeni, composti carbonilici, ciclopentadienilici. Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu.

6. Metalli di transizione della prima riga e loro importanza biologica: oligoelementi dei metalli di transizione negli esseri umani, il complesso tetraedrico di Zn2+ nell'anidrasi carbonica, l'importanza biologica del ferro, il complesso eme, la mioglobina, l'emoglobina e il complesso ottaedrico nell'eme.

7. Metallurgia: l'altoforno.

1) F. ALBERT COTTON, GEOFFREY WILKINSON, CARLOS A. MURILLO, MANFRED BOCHMANN, Advanced Inorganic Chemistry, 6th Edition - Wiley
2) N. N. GREENWOOD, A. EARNSMAW, Chimica degli Elementi - Piccin

1. Design di un processo chimico industriale

Diagrammi a blocchi (BFD), diagrammi di processo (PFD), diagrammi di processo e strumentazione (P&ID). Design di un processo chimico. Struttura input-output. Struttura del riciclo. Sistemi di separazione. Network energetico.

2. Bilanci di massa con esercitazioni pratiche

Legge della conservazione di massa. Bilanci senza reazione. Bilanci con reazione. Bilanci con stream di riciclo.

3. Elementi di impiantistica

Materiali da costruzione. Trattamento e trasporto dei solidi. Trattamento e trasporto dei fluidi: pompe e compressori. Processi di separazione. Sistemi di scambio termico. Reattori chimici. Sistemi di misura e regolazione. Utilities.

4. Analisi economica di un processo chimico

Stima dei costi: investimento di capitale e costi di produzione. Ammortamento, valore del denaro nel tempo, cash flow. Indicatori di redditività: ritorno sull’investimento (ROI); tempo di recupero del capitale (PBP); reddito del DCF.

5. Analisi e valutazione del rischio chimico

Studio di pericolo ed operabilità (HAZOP). Quantitative risk assessment. Albero dei guasti. Individuazione degli eventi incidentali possibili. Valutazione delle frequenze di accadimento. Criteri di accettabilità. Combustioni esplosive e reazioni fuggitive. Discussione su alcuni casi di incidenti da reazioni fuggitive.

6. Sistema di qualità nell’industria chimica

ISO 9001. ISO 14001. EMAS. OHSAS 18001.

1. Appunti delle lezioni del docente in formato pdf

2. R. Turton, R.C. Bailie, W.B. Whiting, J.A. Shaeiwitz, Analysis, Synthesis and Design of Chemical processes, Prentice Hall

3. W.L. Luyben, L.A. Wenzel, Chemical Process Analysis: Mass and energy balances, Prentice Hall

4. P. Cardillo, Incidenti in ambiente Chimico, Stazione sperimentale per i combustibili

Introduzione: formazione della terra, dell’atmosfera primitiva e sua evoluzione; l’origine della vita.

I problemi ambientali e la loro valutazione. L’impronta ecologica, l’incremento della temperatura e l'effetto serra. Cattura e stoccaggio della CO2 prodotta.

Struttura e composizione dell’atmosfera attuale. Inquinamento atmosferico: reazioni fotochimiche nella troposfera e formazione dello "smog". Inversione termica. Origine e diffusione dell'acidità nell'atmosfera. Piogge acide. Origine e caratteristiche dei principali inquinanti dell'atmosfera. Reazioni chimiche nella stratosfera: formazione e distruzione dell’ozono. Buco dell’ozono: ruolo dei CFC. Inquinanti inorganici gassosi: CO, CO2, SO2, NOx, VOC.

Il comparto acqua: proprietà chimico-fisiche dei sistemi acquosi. Il sistema CO2/H2O. Parametri per la classificazione delle acque in riferimento alla qualità ambientale: proprietà fisiche e chimiche (pH, ossigeno disciolto e domanda biochimica/chimica di ossigeno, BOD e COD, durezza dell’acqua, ecc.).

Acque potabili e inquinamento idrico. Principali classi di inquinanti: la chimica, le fonti e i meccanismi di azione. Metalli pesanti nelle acque e nel suolo: Mercurio, Piombo, Cadmio, Arsenico, Cromo, Stagno. Complessanti sintetici (fosfati, EDTA, ecc) e naturali (acidi umici). Tensioattivi. Composti organici clorurati: pesticidi non persistenti e IPA. Potenziale di ossidoriduzione nelle acque naturali. La richiesta di ossigeno. Decomposizione aerobica e anaerobica. Composti lentamente biodegradabili. Anioni e nutrienti: il problema della eutrofizzazione. Bioaccumulazione: biodisponibilità, bioconcentrazione e biomagnificazione.

Depurazione delle acque reflue e contaminate. Processi di depurazione: trattamenti biologici, fitodepurazione e recupero di energia. Trattamenti delle acque per uso potabile. Contaminazione e risanamento della falda idrica.

Il suolo ed i suoi costituenti. I sedimenti. Inquinamento del suolo. Rifiuti solidi urbani e rifiuti industriali. Principali inquinanti organici e inorganici. Inquinanti organici naturali ed antropogenici: idrocarburi aromatici e non aromatici. Microinquinanti organici persistenti: idrocarburi policiclici aromatici (IPA), policlorobifenili (PCB), diossine e furani (fattori di tossicità equivalente), polibrodifenileteri, pesticidi clorurati e fosforati, metalli. Moderni metodi strumentali per l’analisi ambientale: metodi spettroscopici e cromatografici (GC e LC). Spettrometria di massa e tecniche accoppiate GC-MS e LC-MS.

1) C. Baird e M. Cann, Chimica Ambientale (terza edizione italiana), ed. Zanichelli
2) S.E. Manahan, Chimica dell’ambiente, ed. Piccin
3) Environmental Chemistry 5th Edition, by Colin Baird (Author), Michael Cann (Author). Ed. W.H. Freeman and Company

Struttura dei polimeri: Nomenclatura e Analisi costituzionale; Relazione Struttura-Proprietà; Analisi configurazionale; microtatticitá e analisi NMR; Analisi conformazionale delle macromolecole allo stato solido e simmetrie elicoidali.

Masse molecolari dei polimeri, grado di polimerizzazione e polidispersione. Principali monomeri per la sintesi di polimeri.

Meccanismi e cinetiche nella sintesi di polimeri e copolimeri ottenuti mediante polimerizzazione a stadi ed a catena, in fase omogenea ed eterogenea.

Processi di produzione dei polimeri ed esempi di preparazione industriale. Cenni sui materiali polimericí più comuni.

- Dispense delle lezioni

- Macromolecole: Scienza e tecnologia. I e II volume, autori vari, Pacini Editore
- Fondamenti di scienza dei polimeri. AIM autori vari, Pacini Editore
- Polymerization Principles. Odien
- Synthetic polymers: Technology, properties, applications; D. Feldman and A. Barbalata.
Chapman & Hall
- Chimica Organica Industriale: K. Weisseirmel and H. J. Arpe, Piccin

Purificazione e stabilizzazione dei solventi, dei monomeri e dei catalizzatori impiegati nelle polimerizzazioni.

Sintesi di polimeri mediante meccanismi a catena radicalici e ionici, impiegando processi monofasici e polifasici.

Sintesi di polimeri mediante meccanismi a stadi, tramite processi in massa ed in soluzione. Sintesi di copolimeri a blocchi e statistici.

Caratterizzazione dei polimeri sintetizzati: solubilità, viscosità, distribuzione delle masse molecolari, etc.

Dispense delle lezioni
Macromolecole: Scienza e tecnologia. I e II volume, autori vari, Pacini Editroe
Fondamenti di Scienza dei Polimeri. AIM, autori vari, Pacini Editore
Synthetic Polymers: Technology, properties, applications. D. Fieldman, A. Barbalata. Chapmar & Hall
Chimica organica industriale: K. Weissermel, H.J. Arpe, Piccin Editore