Elettrochimica
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire un'approfondita preparazione culturale nei diversi aspetti dell'elettrochimica, sia teorica sia sperimentale, oltre ad una padronanza del metodo scientifico di indagine e ad un'ampia autonomia nell'ambito della progettazione di processi elettrochimici.
In questo contesto, l'insegnamento si propone di richiamare le nozioni di base della termodinamica e cinetica elettrochimica e di fornire agli studenti approfondimenti specifici sui parametri che controllano i processi elettrolitici, sia per la trasformazione dell'energia chimica in energia elettrica sia per la trasformazione dell'energia elettrica in energia chimica. Inoltre, scopo dell'insegnamento è che gli studenti acquisiscano conoscenze e comprendano i processi elettrochimici innovativi applicati alla conversione dell'energia ed ai trattamenti ambientali.
In questo contesto, l'insegnamento si propone di richiamare le nozioni di base della termodinamica e cinetica elettrochimica e di fornire agli studenti approfondimenti specifici sui parametri che controllano i processi elettrolitici, sia per la trasformazione dell'energia chimica in energia elettrica sia per la trasformazione dell'energia elettrica in energia chimica. Inoltre, scopo dell'insegnamento è che gli studenti acquisiscano conoscenze e comprendano i processi elettrochimici innovativi applicati alla conversione dell'energia ed ai trattamenti ambientali.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente sapra' definire e calcolare i potenziali dei semielementi galvanici e di cella, comprendere i parametri che incidono sulle sovratensioni, l'effetto del solvente e dell'elettrolita, ed i parametri fondamentali della legge limite di Debye-Huckel; sapra' utilizzare l'equazione di Butler Volmer e della retta di Tafel. Comprendera' l'uso di semiconduttori come elettrodi. Padroneggera' i processi di conversione dell'energia e dei processi a membrana
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Nel caso in cui il secondo semestre dell'anno accademico 23/24 sia ancora interessato dal problema Covid si terranno tutte le ore del corso, sia di lezione frontale (40 ore) sia di laboratorio (16 ore), in modalità sincrona a distanza.
Programma
I contenuti del corso rispecchiano gli obbiettivi formativi ed i learning outcomes:
· reversibilità pratica, elettrochimica e termodinamica;
· termodinamica della cella galvanica;
· i potenziali di Volta, di superficie e Galvani; il potenziale elettrochimico;
· formazione del doppio strato elettrico; termodinamica dell'interfase: la curva elettrocapillare. I modelli di Helmholtz, Guy-Chapmann e Stern. Adsorbimento di anioni. I grafici della densità di eccesso di carica superficiale in funzione della polarizzazione.
· La teoria di Debye Huckel. La legge limite e la legge estesa. I limiti della teoria di D-H.
· La cinetica elettrochimica: equazione di Butler Volmer e retta di Tafel. Le curve di Morse. Il fattore di simmetria e la densità di corrente di scambio.
· Reazioni di trasferimento elettronico multistep-multielettronica. Il coefficiente di trasferimento.
· La densità di corrente limite.
· Elettrodi a semiconduttori: il piegamento delle bande. La fotoelettrochimica.
· Sistemi avanzati di conversione dell'energia.
· Processi a membrana: elettrodialisi ed elettro-elettrodialisi.
· I processi di elettrossidazione con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti.
· I diagrammi di Pourbaix
Esperienze di laboratorio
· La conversione di energia: elettrolisi dell'acqua e pila a combustibile.
· Elettrodeposizione del rame.
· Elettro-elettrodialisi di una soluzione di solfato di sodio.
· Elettrosidazione di inquinanti modello organici con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti
· reversibilità pratica, elettrochimica e termodinamica;
· termodinamica della cella galvanica;
· i potenziali di Volta, di superficie e Galvani; il potenziale elettrochimico;
· formazione del doppio strato elettrico; termodinamica dell'interfase: la curva elettrocapillare. I modelli di Helmholtz, Guy-Chapmann e Stern. Adsorbimento di anioni. I grafici della densità di eccesso di carica superficiale in funzione della polarizzazione.
· La teoria di Debye Huckel. La legge limite e la legge estesa. I limiti della teoria di D-H.
· La cinetica elettrochimica: equazione di Butler Volmer e retta di Tafel. Le curve di Morse. Il fattore di simmetria e la densità di corrente di scambio.
· Reazioni di trasferimento elettronico multistep-multielettronica. Il coefficiente di trasferimento.
· La densità di corrente limite.
· Elettrodi a semiconduttori: il piegamento delle bande. La fotoelettrochimica.
· Sistemi avanzati di conversione dell'energia.
· Processi a membrana: elettrodialisi ed elettro-elettrodialisi.
· I processi di elettrossidazione con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti.
· I diagrammi di Pourbaix
Esperienze di laboratorio
· La conversione di energia: elettrolisi dell'acqua e pila a combustibile.
· Elettrodeposizione del rame.
· Elettro-elettrodialisi di una soluzione di solfato di sodio.
· Elettrosidazione di inquinanti modello organici con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti
Prerequisiti
Buona conoscenza della chimica fisica del primo anno della triennale.
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula.
Sito Ariel per scaricare le slide discusse in aula
Sito Ariel per scaricare le slide discusse in aula
Materiale di riferimento
Verranno messe a disposizione sulla piattaforma ARIEL le presentazioni Power Point presentate e discusse a lezione.
Testi raccomandati:
· J.O.M. Bockris, A.K.N. Reddy "Modern Electrochemistry - 2A" Kluwer Academic Publishers;
· M. A. Brett and A. M. Oliveira Brett, "ELECTROCHEMISTRY: Principles, Methods, and Applications" Oxford University Press.
· Allen J. Bard, Larry R. Faulkner; "ELECTROCHEMICAL METHODS: Fundamentals and Applications" - Wiley and Sons INC, New York.
Testi raccomandati:
· J.O.M. Bockris, A.K.N. Reddy "Modern Electrochemistry - 2A" Kluwer Academic Publishers;
· M. A. Brett and A. M. Oliveira Brett, "ELECTROCHEMISTRY: Principles, Methods, and Applications" Oxford University Press.
· Allen J. Bard, Larry R. Faulkner; "ELECTROCHEMICAL METHODS: Fundamentals and Applications" - Wiley and Sons INC, New York.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Orale:
· verrà verificata la capacità di presentare, commentare e discutere i fenomeni e le equazioni presentate a lezione;
· verrà chiesto di discutere i grafici presentati a lezione, in relazione ai fenomeni elettrochimici che li determinano;
· sarà richiesta la capacità di risolvere esercizi e problemi connessi ai temi svolti;
· verranno discussi i risultati raccolti durante le esperienze di laboratorio e rielaborati in file excel da consegnare al docente prima dell'esame.
· verrà verificata la capacità di presentare, commentare e discutere i fenomeni e le equazioni presentate a lezione;
· verrà chiesto di discutere i grafici presentati a lezione, in relazione ai fenomeni elettrochimici che li determinano;
· sarà richiesta la capacità di risolvere esercizi e problemi connessi ai temi svolti;
· verranno discussi i risultati raccolti durante le esperienze di laboratorio e rielaborati in file excel da consegnare al docente prima dell'esame.
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
mercoledì ore 14-16; venerdì ore 14-16
Dipartimento di Chimica - sezione di Elettrochimica 2° piano