OBIETTIVI FORMATIVI

Lo scopo dell’insegnamento è quello di fornire allo studente le basi matematiche, fisiche e chimiche dell’elettrochimica, della cinetica e della catalisi, sia dal punto di vista fondamentale, sia per quanto riguarda gli aspetti più applicativi e tecnologici. Al termine dell’insegnamento, lo studente dovrà essere in grado di definire in maniera corretta il funzionamento di una cella galvanica o elettrolitica e di comprendere il funzionamento delle principali celle galvaniche per la produzione di energia; di analizzare il comportamento di una reazione chimica e di determinarne, da dati sperimentali, la cinetica di reazione; di selezionare le condizioni sperimentali (temperatura, pressione, forza ionica…) e/o il processo catalitico opportuno per migliorare il rendimento di una reazione chimica.

PREREQUISITI

Risultano indispensabili le conoscenze acquisite per i corsi di

Istituzioni di Matematiche

Fisica Generale con laboratorio

Chimica Generale ed inorganica

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali (40 ore) con esercitazioni in aula (24 ore). Esperienze di laboratorio sia di elettrochimica sia di cinetica.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Elettrochimica

• I principi: conducibilità elettrica in soluzione, mobilità e numeri di trasporto. Attività e coefficienti di attività. Il potenziale elettrochimico e l’equazione di Nerst. Potenziali elettrodici standard.
• Tipi di elettrodi. Celle galvaniche: celle chimiche e celle a concentrazione. Alcune applicazioni della misura della forza elettromotrice.
• Elettrochimica applicata: pile primarie (Leclanchè, Mallory, Zn-Ag, Zn-aria, litio,), pile secondarie (Pb-acido, Ni-Cd, NiMH, Li ion, Li-S e Na-S). Effetto memoria e processi di carica.  Pile a combustibile: i principi, l’efficienza termodinamica, perdite reali, struttura di una pila a combustibile. Descrizione delle diverse pile a combustibile.

Cinetica

• Reazioni di ordine semplice e analisi cinetica dei dati sperimentali. Fattori che influenzano la velocità di reazione: la temperatura e l’equazione di Arrhenius.
• Teorie delle reazioni chimiche (teoria delle collisioni e teoria dello stato di transizione). Superfici a energia equipotenziale. Meccanismi di reazione in soluzione in fase gas (ipotesi dello stato stazionario e Rate Determining Step) con esempi (decomposizione dell’ozono, formazione acido bromidrico, reazione esplosiva ossigeno-idrogeno. Meccanismi di reazione in soluzione (il concetto di diffusione, la pressione interna, reazioni tra ioni, costante dielettrica e forza ionica)

Catalisi

• Catalisi omogenea (acido-base e trasferimento protonico).  Reazioni su superficie solida (adsorbimento fisico e adsorbimento chimico). Isoterma di Langmuir: adsorbimento semplice, adsorbimento con dissociazione, adsorbimento competitivo. Reazioni monomolecolari e bimolecolari. Catalisi enzimatica: meccanismo di Michaelis-Menten, inibizione dell’enzima, effetto del pH.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

P. W. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica, Zanichelli, Bologna, 2004.

K.J.Laidler Chemical Kinetics Harper Collins 1987 

Consultazione

V.S.Bagotsky  Fundamentals of Electrochemistry  Wiley Interscience  2006