Processi catalitici
A.A. 2023/2024
Obiettivi formativi
L'insegnamento si prefigge di fornire le basi per la comprensione delle trasformazioni chimiche che avvengono con l'ausilio di catalizzatori chimici in fase omogenea ed eterogenea e di catalizzatori biologici (enzimi). A tale scopo, accanto alla descrizione dei concetti teorici della catalisi vengono descritti esempi di importanti processi catalitici reali di interesse ambientale e della chimica industriale.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente sara' in grado di acquisire conoscenze cinetiche e molecolari sui processi reattivi che si verificano in presenza di "elementi terzi" (catalizzatori omogenei, enzimatici ed eterogenei) che aumentano la velocita' di reazione e migliorano la selettività del processo reattivo. Questi concetti saranno utili per affrontare corsi più avanzati nella chimica industriale.
Periodo: Primo 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
Primo semestre
Programma
Modulo Zero: Introduzione e richiami di cinetica chimica (tot. 4 h)
Introduzione alla catalisi; Interazioni chimiche e ruolo nella catalisi; Reattività chimica: aspetti cinetici e termodinamici; Superfici di energia potenziale; Teorie della velocità di reazione.
Modulo A: Catalisi, sostenibilità ed economia circolare (tot. 6h)
A.1. Catalisi e industria (2h)
A.2. Catalisi sostenibile e circolare per la chimica verde (2h)
A.3. Catalisi Ambientale (2h)
Modulo B: Catalisi Omogenea (tot. 8h)
B.1. Catalisi omogenea: introduzione generale (2h)
B.2. Catalisi acido-base specifica; Catalisi acido-base generale; relazioni lineari dell'energia di Gibbs (2h)
B.3. Ripasso generale degli argomenti presentati nel modulo
B.4. Case study 1: applicazioni industriali (2h)
Modulo C: Catalisi enzimatica (tot. 8h)
C.1. Struttura e classificazione degli enzimi (2h)
C.2. Fondamenti di cinetica enzimatica (2h)
C.3. Strategie di immobilizzazione (2h)
C.4.Ripasso generale degli argomenti presentati nel modulo (2h)
Modulo D: Catalisi Eterogenea (tot. 10 h)
D.1. Superficie chimica e reattività superficiale; (2h)
D.2. Adsorbimento e isoterme di adsorbimento (2h)
D.3. Nanocatalisi (2h)
D.4. Ripasso generale degli argomenti presentati nel modulo (2h)
D.5. Case Study 2 (2h): Processi catalitici per la valorizzazione di biomasse
Modulo E: Catalisi Assistita (6 h)
E.1. Principi di Elettrocatalisi (2 h)
E.2. Principi di Fotocatalisi (2 h)
E.3. Case study 3: Strategie elettro-catalitiche e fotocatalitiche per la conversione di CO2 (2h)
Modulo F: Chimica fisica dei materiali applicata alla catalisi (tot. 4h)
F.1. Aspetti chimico fisici della preparazione dei catalizzatori (2h)
F.2. Caratterizzazione chimico-fisica di materiali catalitici (2h)
Introduzione alla catalisi; Interazioni chimiche e ruolo nella catalisi; Reattività chimica: aspetti cinetici e termodinamici; Superfici di energia potenziale; Teorie della velocità di reazione.
Modulo A: Catalisi, sostenibilità ed economia circolare (tot. 6h)
A.1. Catalisi e industria (2h)
A.2. Catalisi sostenibile e circolare per la chimica verde (2h)
A.3. Catalisi Ambientale (2h)
Modulo B: Catalisi Omogenea (tot. 8h)
B.1. Catalisi omogenea: introduzione generale (2h)
B.2. Catalisi acido-base specifica; Catalisi acido-base generale; relazioni lineari dell'energia di Gibbs (2h)
B.3. Ripasso generale degli argomenti presentati nel modulo
B.4. Case study 1: applicazioni industriali (2h)
Modulo C: Catalisi enzimatica (tot. 8h)
C.1. Struttura e classificazione degli enzimi (2h)
C.2. Fondamenti di cinetica enzimatica (2h)
C.3. Strategie di immobilizzazione (2h)
C.4.Ripasso generale degli argomenti presentati nel modulo (2h)
Modulo D: Catalisi Eterogenea (tot. 10 h)
D.1. Superficie chimica e reattività superficiale; (2h)
D.2. Adsorbimento e isoterme di adsorbimento (2h)
D.3. Nanocatalisi (2h)
D.4. Ripasso generale degli argomenti presentati nel modulo (2h)
D.5. Case Study 2 (2h): Processi catalitici per la valorizzazione di biomasse
Modulo E: Catalisi Assistita (6 h)
E.1. Principi di Elettrocatalisi (2 h)
E.2. Principi di Fotocatalisi (2 h)
E.3. Case study 3: Strategie elettro-catalitiche e fotocatalitiche per la conversione di CO2 (2h)
Modulo F: Chimica fisica dei materiali applicata alla catalisi (tot. 4h)
F.1. Aspetti chimico fisici della preparazione dei catalizzatori (2h)
F.2. Caratterizzazione chimico-fisica di materiali catalitici (2h)
Prerequisiti
Conoscenza della cinetica chimica, della chimica fisica, delle chimica inorganica di base e della chimica organica di base.
Metodi didattici
La didattica si svolgerà attraverso lezioni frontali volte a fornire strumenti di conoscenza e a risolvere problemi legati alle problematiche della reattività chimica.
Il materiale didattico e gli strumenti operativi proposti saranno resi disponibili in formato digitale sul sito Ariel del corso in modo che gli studenti possano rielaborarli in funzione delle proprie esigenze didattiche.
Il materiale didattico e gli strumenti operativi proposti saranno resi disponibili in formato digitale sul sito Ariel del corso in modo che gli studenti possano rielaborarli in funzione delle proprie esigenze didattiche.
Materiale di riferimento
Il materiale utile per lo studio verrà fornito dai docenti sotto forma di slides-dispense.
Alcuni libri di testo verranno suggeriti per la consultazione:
- G. Natta, I. Pasquon, P. Centola, Principi della Chimica Industriale, vol.2 «Catalisi e cinetica applicate alle reazioni della industria chimica. Reattori industriali.» disponibile in free download all'indirizzo: http://www.giulionatta.it/ENG/parte_I_pubblicazioni_31.html
- U. Mura «Enzimi in azione - Fondamenti di cinetica e regolazione delle reazioni enzimatiche», 2 edizione, EdiSES Edizioni S.r.l., Napoli, 2020 (ISBN: 978 88 3623 011 2)
- R. Chang, Chimica Fisica 1, vol.1, Capitolo 12 e Capitolo 13, Zanichelli, 1 edizione, 2003
- U. Hanefeld, L. Lefferts, Catalysis - An Integrated Textbook for Students, Wiley-VCH,
- G. Rothenberg, Catalysis. Concepts and Green Applications, Wiley-VCH, Weinheim, 2008 (ISBN: 978-3-527-31824-7)
- Bruce C. Gates, Catalytic Chemistry, John Wiley & Sons, New York 1992 (ISBN: 0-471-55914-8)
Alcuni libri di testo verranno suggeriti per la consultazione:
- G. Natta, I. Pasquon, P. Centola, Principi della Chimica Industriale, vol.2 «Catalisi e cinetica applicate alle reazioni della industria chimica. Reattori industriali.» disponibile in free download all'indirizzo: http://www.giulionatta.it/ENG/parte_I_pubblicazioni_31.html
- U. Mura «Enzimi in azione - Fondamenti di cinetica e regolazione delle reazioni enzimatiche», 2 edizione, EdiSES Edizioni S.r.l., Napoli, 2020 (ISBN: 978 88 3623 011 2)
- R. Chang, Chimica Fisica 1, vol.1, Capitolo 12 e Capitolo 13, Zanichelli, 1 edizione, 2003
- U. Hanefeld, L. Lefferts, Catalysis - An Integrated Textbook for Students, Wiley-VCH,
- G. Rothenberg, Catalysis. Concepts and Green Applications, Wiley-VCH, Weinheim, 2008 (ISBN: 978-3-527-31824-7)
- Bruce C. Gates, Catalytic Chemistry, John Wiley & Sons, New York 1992 (ISBN: 0-471-55914-8)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'apprendimento da parte degli studenti sarà verificato con una provale orale finale che riguarderà tutti gli argomenti trattati nei moduli A-D. Sarà apprezzato il lavoro di approfondimento su un tema a scelta dello studente, tra quelli proposti nei moduli E e F.
Saranno inoltre previsti una prova orale intermedia e un pre-appello. La prova intermedia avrà luogo a conclusione del modulo D e consisterà in una interrogazione orale (domanda singola) su un argomento trattato nei moduli A-D. Il pre-appello consisterà, invece, nella presentazione in aula e discussione critica di un project work scaturito da lavoro di gruppo (max 3 componenti). Il superamento con successo della prova intermedia e del pre-appello sostituisce l'esame finale. La valutazione finale in questo caso sarà composta dalla media ponderata dei voti assegnati alle due prove.
In tutte le prove la valutazione sarà espressa con voto in trentesimi e i parametri di valutazione saranno: capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza;
capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell'esposizione, competenza nell'impiego del lessico specialistico.
Saranno inoltre previsti una prova orale intermedia e un pre-appello. La prova intermedia avrà luogo a conclusione del modulo D e consisterà in una interrogazione orale (domanda singola) su un argomento trattato nei moduli A-D. Il pre-appello consisterà, invece, nella presentazione in aula e discussione critica di un project work scaturito da lavoro di gruppo (max 3 componenti). Il superamento con successo della prova intermedia e del pre-appello sostituisce l'esame finale. La valutazione finale in questo caso sarà composta dalla media ponderata dei voti assegnati alle due prove.
In tutte le prove la valutazione sarà espressa con voto in trentesimi e i parametri di valutazione saranno: capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza;
capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell'esposizione, competenza nell'impiego del lessico specialistico.
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Su richiesta via mail
Stanza R33S Piano rialzato, corpo B del Dipartimento di Chimica