Nel corso sono richiamati principali concetti di termodinamica utilizzati nella Chimica Industriale e sono descritte le principali sintesi inorganiche e i processi chimici industriali (sintesi dell'ammoniaca, dell'acido nitrico, dell'acido solforico, processo Solvay (sintesi del Carbonato di Sodio), cristallizzazione industriale).
Obiettivo dell’insegnamento è quello di introdurre i fondamenti della chimica industriale fornendo le basi teoriche e gli strumenti culturali (termodinamica dei sistemi reali) per affrontare gli aspetti chimico - fisici applicati e operativi attraverso cui viene definito un processo tecnologico della chimica industriale, con particolare riferimento agli aspetti operativi di alcune sintesi industriali di tipo inorganico
Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di utilizzare in maniera approfondita gli strumenti e le funzioni della termodinamica chimica per i sistemi reali (potenziali termodinamici, il concetto di fugacità e di attività, il potenziale chimico, la tensione di vapore, il fattore di comprimibilità. Inoltra dovrà utilizzare il metodo dei contributi di gruppo per calcolare la costante di equilibrio la sua dipendenza dalla temperatura considerando anche l'eventuale contributo dei calori molari e le grandezze termodinamiche a diverse pressioni. Dovrà saper maneggiare con precisione i fondamenti di cinetica chimica per descrivere le velocità di reazione in funzione di T delle reazioni chimiche esotermiche.
Sulla base delle conoscenze avanzate precedentemnte descritte dovrà saper discutere in dettaglio il processi di produzione industriale dell'ammoniaca, dell'acido solforico, dell'acido nitrico, del carbonato di calcio. Dovrà altresì conoscere i fondamenti termodinamici e cinetici del processo di cristallizzazione per controllare industrialmente la distribuzione di taglia del particolato.
Principi base di termodinamica e cinetica chimica, nozioni generali di chimica di base
Lezione tradizionale erogata mediante presentazioni powerpoint. Sono disponibili su AulaWeb gli appunti integrali del docente. Inoltre, è importante fare riferimento al testo “Principi della Chimica Industriale 1” di G. Natta e I. Pasquon (disponibile liberamente su www.giulionatta.it ).
PARTE 1: RICHIAMI DI TERMODINAMICA
Sistemi in evoluzione e all’equilibrio
Calore non compensato
Creazione di entropia e velocità di reazione
Entalpia libera e potenziale chimico
Equazione fondamentale della termodinamica chimica
Equazione di Gibbs-Duhem
Fugacità e attività
Stati di riferimento
Soluzioni ideali e reali
leggi di Henry e Raoult
Costante di equilibrio
Entalpia libera, entalpia ed entropia standard di formazione dei composti
Reazioni termodinamicamente favorite e sfavorite
Stabilità termodinamica dei composti rispetto agli elementi
Tensioni standard di ossidazione – serie elettrochimica
Influenza di T sulle grandezze termodinamiche.
PREVISIONE DI GRANDEZZE FISICHE E TERMODINAMICHE DI GAS IDEALI, DI LIQUIDI PURI, DI SOLIDI E DI ELETTROLITI.
Il metodo dei contributi di gruppo per il calcolo delle entalpie libere standard di sostanze allo stato gassoso e condensato
Calori molari di gas ideali puri, dei liquidi e dei solidi
Calore latente di vaporizzazione dei liquidi
APPLICAZIONE DELLE ENTALPIE LIBERE DI FORMAZIONE E DELLE ENERGIE DI DISSOCIAZIONE DEI LEGAMI ALLO STUDIO DI RELAZIONI CHIMICHE.
Calcolo della resa di equilibrio termodinamico
Diagramma di Francis – stabilità relativa degli idrocarburi
Stabilità relativa di radicali e ioni
Caratteristiche termodinamiche di alcune reazioni chimiche. Effetto di T e p.
Il gas di sintesi
PROPRIETÀ DEI GAS REALI E DI LIQUIDI PURI, EQUILIBRI CHIMICI E CALORI DI REAZIONE IN SISTEMI GASSOSI REALI.
Equazioni di stato di gas reali allo stato puro
Legge degli stati corrispondenti
Densità dei liquidi puri
Coefficienti di fugacità
Valutazione delle proprietà termodinamiche per sistemi gassosi non ideali
Leggi di Amagat, Dalton e delle condizioni pseudocritiche
Esempi
EQUILIBRI CHIMICI E CALORI DI REAZIONE IN SISTEMI CONDENSATI.
Calori integrali di soluzione e cenni alle proprietà delle soluzioni
Calori di reazione nei sistemi liquidi
Esempi di equilibri chimici in sistemi condensati.
PARTE 2: PROCESSI INDUSTRIALI SI SINTESI e CRISTALLIZZAZIONE INDUSTRIALE
CENNI ALLA COSTRUZIONE E GESTIONE DELL’IMPIANTO
APPLICAZIONE DEI PRINCIPI TERMODINAMICI E CINETICI NELLA DESCRIZIONE DI IMPORTANTI PROCESSI INDUSTRIALI - STRUTTURA DEGLI IMPIANTI
Sintesi dell’ammoniaca
Sintesi dell’acido solforico
Sintesi dell’acido nitrico
Il processo Solvay per la produzione del carbonato di sodio
Cristallizzazione industriale
http://www.giulionatta.it/pdf/pubblicazioni/00537.pdf
Questo testo è il riferimento per la prima parte del corso. Per quanto non espressamento riportato nel vol. 1 del libro di G. Natta, sono disponibili gli appunti del docente (su Aula Web)
Per la parte relativa ai richiami di termodinamica, possono inoltre essere consultati:
http://www.giulionatta.it/pdf/pubblicazioni/00615.pdf
Per la parte relativa ai processi industriali sono disponibili gli appunti del docente. Possono inoltre essere consultati:
Ricevimento: L'insegnamento è tenuto esclusivamente in lingua inglese. Si veda il corrispondente campo nella versione in inglese della scheda insegnamento
DAVIDE COMORETTO (Presidente)
SILVIA VICINI
MARINA ALLOISIO (Presidente Supplente)
MAILA CASTELLANO (Supplente)
PAOLA LOVA (Supplente)
Le lezioni dell'insegnamento avranno inizio a partire dal 28/02/2022 e saranno comunicate tempestivamente nel dettaglio.
Esame orale condotto da due docenti per una durata non inferiore a 30 minuti.
La prova orale consiste usualmente nella discussione di una sintesi industriale e di una parte dei principi di termodinamica chimica utilizzati per realizzare tale sintesi industriale. Lo studente deve dimostrare di aver compreso i fondamenti del problema e della sua implementazione industriale ed esporli con proprietà di linguaggio in maniera logica. Le due parti hanno ugual peso nella determinazione del voto finale.
In casi di emergenza e solo in seguito a specifiche disposizioni emanate espressamente dall’Ateneo di Genova, la modalità di svolgimento degli esami di profitto potranno essere modificate fino a prevedere la possibilità di sostenere la prova on line.
Scopo della prova d'esame è la verifica da parte della commissione del conseguimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento cioè la comprensione delle basi teoriche e degli strumenti culturali (termodinamica dei sistemi reali) per affrontare gli aspetti chimico - fisici applicati e operativi attraverso cui viene definito un processo tecnologico della chimica industriale, con particolare riferimento agli aspetti operativi di alcune sintesi industriali di tipo inorganico.
In caso contrario, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente prima di sostenere nuovamente l’esame. Per garantire la corrispondenza tra gli argomenti dell'esame e gli obiettivi formativi dell’insegnamento, il programma dettagliato del corso viene caricato su AulaWeb ed illustrato all’inizio delle lezioni, in modo che gli studenti possano verificarne l'aderenza.
Per qualsiasi ulteriore informazione, gli studenti sono invitati a contattare direttamente il docente via email (davide.comoretto@unige.it), telefono (010-3538736; 3358046559) o nel suo ufficio/laboratorio.
