CHIMICA FISICA

•     Conoscenza e comprensione: acquisire conoscenze sui processi elettrochimici di base e comprendere il funzionamento delle celle elettrochimiche; conoscere il funzionamento delle più comuni batterie e comprendere le basi dei processi di corrosione; acquisire i richiami essenziali di cinetica chimica necessari a comprendere i fondamenti della cinetica dei processi agli elettrodi (equazione di Butler-Volmer e approssimazione di Tafel).

•     Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicare le conoscenze acquisite nel descrivere il comportamento di celle elettrochimiche e nell'applicare modelli cinetici, sia omogenei che agli elettrodi, a processi di trasformazione chimica.

•     Autonomia di giudizio: individuare, raccogliere, organizzare ed interpretare i dati relativi alle grandezze chimico-fisiche che caratterizzano un sistema elettrochimico, con capacità di descriverne e schematizzarne le trasformazioni e di ragionamento critico.

•     Abilità comunicative: esporre, sia in forma scritta che orale, con proprietà di linguaggio scientifico, i concetti acquisiti durante il corso.

•     Capacità di apprendere: aver sviluppato le competenze necessarie per applicare, con un alto grado di autonomia, i concetti appresi a processi e trasformazioni di sistemi reali.

L'insegnamento si articola in lezioni frontali (Didattica Erogativa), dedicate alla presentazione dei fondamenti teorici dell'elettrochimica e della cinetica chimica, e in esercitazioni numeriche (Didattica Interattiva), volte all'applicazione pratica dei modelli teorici alla risoluzione di problemi ed esercizi tipici (calcolo di potenziali di cella, applicazione dell'equazione di Nernst, stima di velocità di reazione e di parametri cinetici agli elettrodi). Le esercitazioni numeriche favoriscono il coinvolgimento attivo dello studente nella risoluzione guidata di problemi, contribuendo al raggiungimento dei risultati di apprendimento relativi all'autonomia di giudizio e alla capacità di applicare le conoscenze acquisite.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Per affrontare i contenuti dell'insegnamento e svolgere gli esercizi proposti in aula, è indispensabile che lo studente abbia seguito tutti i corsi di Chimica, Matematica e Fisica del primo anno ed abbia acquisito solide conoscenze delle discipline in oggetto.

Frequenza fortemente consigliata. La partecipazione attiva alle lezioni frontali e, in particolare, alle esercitazioni numeriche è di particolare beneficio per l'acquisizione delle competenze applicative richieste dal corso, in quanto consente allo studente di confrontarsi direttamente con la risoluzione di problemi tipici degli argomenti trattati e di ricevere un riscontro immediato da parte del docente.

Principi fondamentali dell'elettrochimica

•     Attività degli ioni in soluzione e legge di Debye-Hückel

•     Moto degli ioni nei liquidi e conduttività delle soluzioni elettrolitiche

•     Celle elettrochimiche e semireazioni (ad es. la pila Daniell)

•     Serie elettrochimica e potenziali standard

•     Equazione di Nernst

Applicazioni dell'elettrochimica

•     Corrosione come processo redox

•     Batterie più comuni e celle a combustibile

Richiami di cinetica chimica

•     Velocità di reazione e ordine di reazione (richiami essenziali, propedeutici alla cinetica agli elettrodi)

Cinetica agli elettrodi

•     Processi all'elettrodo: trasferimento di carica all'interfaccia elettrodo/elettrolita, sovratensione

•     Cinetica del trasferimento di carica: equazione di Butler-Volmer, corrente di scambio

•     Approssimazione di Tafel: regime di alta sovratensione, retta di Tafel e sue applicazioni (stima della velocità di corrosione, cinetica delle batterie)

Esercitazioni numeriche

•     Esercitazioni numeriche sugli argomenti trattati

•     P.W. Atkins, J. de Paula, Chimica Fisica, Zanichelli (capitoli su elettrochimica e cinetica chimica).

•     Testo di riferimento alternativo in lingua inglese: P. Atkins, J. de Paula, J. Keeler, Atkins' Physical Chemistry, Oxford University Press (capitoli corrispondenti su Electrochemistry e Chemical kinetics).

•     Materiale didattico integrativo (dispense, esercizi svolti) sarà messo a disposizione dal docente sulla piattaforma di e-learning dell'Ateneo.

Il colloquio orale accerta il livello di conoscenza acquisito dallo studente sugli argomenti affrontati durante le lezioni frontali e le esercitazioni numeriche; verte tipicamente su due o tre domande, che possono comprendere la risoluzione di un breve esercizio numerico, e ha una durata media di 20-30 minuti. Vengono inoltre valutate la capacità dello studente di esporre i contenuti teorici con un linguaggio scientifico appropriato, la capacità di collegamento tra i diversi argomenti del programma e il senso critico acquisito nell'affrontare tali tematiche.

Per l'attribuzione del voto finale si terrà conto dei seguenti parametri:

•     Esame non superato: lo studente non possiede la conoscenza minima richiesta dei contenuti principali dell'insegnamento; la capacità di utilizzare il linguaggio scientifico specifico è scarsa o nulla e lo studente non è in grado di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.

•     Voto 18-22: lo studente ha la conoscenza minima dei contenuti principali, una modesta capacità di collegare ed analizzare criticamente gli argomenti trattati ed espone i contenuti in modo sufficientemente chiaro, sebbene con proprietà di linguaggio poco sviluppata.

•     Voto 23-26: lo studente ha una discreta/buona conoscenza dei contenuti, riesce a collegare ed analizzare in modo critico gli argomenti trattati ed espone i contenuti in modo chiaro, con una discreta proprietà di linguaggio.

•     Voto 27-30 e lode: lo studente ha una conoscenza approfondita dei contenuti, riesce prontamente e correttamente a collegare e analizzare criticamente gli argomenti trattati, anche di elevata complessità, ed espone i contenuti con ottima proprietà di linguaggio scientifico.

•     Qual è il significato della serie elettrochimica e dei potenziali standard?

•     Qual è il significato dell'equazione di Nernst?

•     Descrivere il funzionamento di una cella a combustibile.

•     Cosa si intende per sovratensione a un elettrodo e quali sono le sue principali origini?

•     Descrivere l'equazione di Butler-Volmer e la cinetica del trasferimento di carica all'elettrodo.

•     Descrivere l'approssimazione di Tafel e la sua applicazione alla stima della velocità di corrosione.

•     Illustrare la relazione tra retta di Tafel e corrente di scambio.

•     Descrivere il funzionamento di una cella galvanica (ad es. la pila Daniell).