- Area di Scienze
- Corso di Laurea Magistrale
- Scienze e Tecnologie per l'Ambiente e il Territorio [F7501Q]
- Insegnamenti
- A.A. 2021-2022
- 2° anno
- Chimica Fisica Ambientale
- Introduzione
Syllabus del corso
Obiettivi
Approfondire gli aspetti chimico-fisici relativi agli equilibri di ripartizione dei composti nei diversi comparti ambientali ed estendere la trattazione termodinamica allo studio dei sistemi che si trovano in condizioni di non equilibrio, al fine di poter utilizzare le conoscenze acquisite per la trattazione dei sistemi ambientali.
Le attività di laboratorio riguarderanno temi affrontati nella parte frontaleConoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente
conosce:
- le grandezze termodinamiche
utilizzate per la descrizione degli equilibri di ripartizione di un composto
fra diverse fasi e comparti;
- le leggi che descrivono i
processi di trasporto di materia, calore e quantità di moto;
- i principi di stabilità
degli stati di equilibrio e degli stati stazionari, in regime lineare e non
lineare.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente
è in grado di:
- prevedere l’evoluzione
spontanea dei sistemi coinvolti in processi di ripartizione di un composto fra
diverse fasi e comparti e calcolare la ripartizione all’equilibrio;
- calcolare l’evoluzione
spaziale e temporale di una specie a seguito di processi diffusi;
- calcolare la stabilità
dello stato stazionario di un sistema che si trovi in condizioni di non
equilibrio.
Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo
studente è in grado di:
- applicare la descrizione
termodinamica dei sistemi all’equilibrio per lo studio dei processi di
ripartizione;
- applicare la descrizione
termodinamica dei sistemi non all’equilibrio (in regime lineare e non-lineare)
per lo studio di processi di trasporto e di reattività chimica;
Abilità comunicative
Saper descrivere in una
relazione tecnica in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà
di linguaggio gli obiettivi, il procedimento ed i risultati dell’esperienze di
laboratorio effettuate. Saper esporre
oralmente con proprietà di linguaggio gli argomenti proposti dal docente.
Capacità di apprendere
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a
contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli
argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardanti gli aspetti termodinamici
dei processi di interesse.
Contenuti sintetici
Equilibri di ripartizione; Termodinamica ambientale; Processi di trasporto
Programma esteso
Termodinamica dei processi di ripartizione. Sistemi reali: fugacità e coefficienti di attività. Processi di ripartizione. Tensione di vapore e ripartizione liquido-gas. Coefficienti di attività e solubilità in acqua. Ripartizione di un composto fra diversi comparti e fasi. Processi di trasporto.
Termodinamica dei sistemi non all'equilibrio. Equilibrio termodinamico e i criteri di stabilità. Sistemi non all'equilibrio: il regime lineare e gli stati stazionari. Criteri di stabilità degli stati stazionari. Sistemi lontani dall'equilibrio e criteri di stabilità. Le strutture dissipativePrerequisiti
Termodinamica dei sistemi all’equilibrio
Modalità didattica
L’insegnamento
prevede 4 CFU (28 ore) di lezioni frontali e 2 CFU (24 ore) di laboratorio.
Nel laboratorio
vengono realizzate esperienze riguardanti argomenti trattati durante le lezioni
frontali al fine di meglio comprenderne gli aspetti fenomenoligici e teorici.
Materiale didattico
Dispensa fornita dal docente: U. Cosentino, Chimica Fisica Ambientale
Letture consigliate:
P.W. Atkins, J. de Paula Chimica Fisica, V ed. italiana sulla nona edizione inglese, Zanichelli 2012
Rene P. Schwarzenbach, R.P, Gschwend P.M., Imboden D.M., Environmental Organic Chemistry – 2003, seconda edizione inglese, Wiley
Progogine, D. Kondepudi Termodinamica: dalle macchine termiche alle strutture dissipative – 2002, Bollati Boringhieri Ed., Torino
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo
semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L’esame consiste in:
- presentazione di una
relazione tecnica di gruppo sulle esperienze realizzate in laboratorio; la
valutazione della relazione viene effettuata in termini di completezza,
accuratezza e chiarezza espositiva;
- colloquio orale
individuale su una serie di contenuti del corso scelti dagli studenti e
concordati con il docente volto a verificare: il livello delle conoscenze
acquisite; l’autonomia di analisi e giudizio; le capacità espositive dello
studente.
Il voto finale, espresso in trentesimi con eventuale lode, è dato dalla media delle due prove.
Su richiesta dello studente, l'esame potrà essere svolto in lingua inglese.
Orario di ricevimento
In qualsiasi giorno, previo appuntamento
Aims
To treat the main physical-chemical aspects related to the equilibrium distribution of compounds in various environmental compartments and extend the thermodynamic discussion to the study of non-equilibrium systems, in order to use the knowledge gained for the treatment of environmental systems.
Laboratory experiences will integrate the arguments discussed during the course.
Knowledge and understanding
At
the end of the course the student knows:
-
the thermodynamic
quantities used for the description of partition equilibria of a compound
between different phases and compartments;
-
the equations describing
the transport processes of matter, heat and momentum;
-
the stability criteria
of equilibrium states and stationary states, in a linear and non-linear regime.
Applying knowledge and understanding
At
the end of the course the student is able to:
- predict the spontaneous
evolution of the systems involved in processes of distribution of a compound
between different phases and compartments and calculate the distribution at
equilibrium;
-
calculate the
spatial and temporal evolution of species following diffusion processes;
- calculate the stability of
the steady state of a system that is in conditions of
non-equilibrium.
Making judgements
At
the end of the course the student is able to:
-
apply the
thermodynamic description of equilibrium systems for the study partition processes;
-
apply the
thermodynamic description of non-equilibrium systems (in linear and non-linear
regimes) for the study of transport processes and chemical reactivity.
Communication skills
Knowing how to describe in a technical report in a clear and concise
manner the objectives, the procedure and the results of the laboratory
experiments performed. Knowing how to present orally the topics proposed by the
teacher with language properties .
Learning skills
To be able to apply the
acquired knowledge to different contexts from those presented during the
course, and to understand the topics covered in the scientific literature
concerning the thermodynamic aspects of the processes of interest.
Contents
Partitioning
equilibria; Environmental thermodynamics; Transport processes
Detailed program
Thermodynamics aspects of partitioning processes. Real systems: fugacity and activity coefficients. Partitioning processes: vapour and liquid-gas distribution. Activity coefficients and solubility in water. Partitioning of compounds between different environmental compartments and phases.
Transport processes
Thermodynamics of non-equilibrium systems. Thermodynamic equilibrium and stability criteria. Non- equilibrium systems: the linear regime and the stationary states. Criteria for stability of stationary states. Systems far from equilibrium and stability criteria. Dissipative structuresPrerequisites
Thermodynamic of equilibrium systems
Teaching form
The course includes 4 CFU (28 hours)
of lectures and 2 CFU (24 hours) in the laboratory.
In the laboratory experiences are realized regarding topics covered during the lectures in order to better understand the phenomenological and theoretical aspects.
Textbook and teaching resource
Lecture notes of the teacher: U. Cosentino, Chimica Fisica Ambientale
Suggested textboks
P.W. Atkins, J. de Paula Physical Chemistry, 9a edition, 2011, Oxford University Press
Rene P. Schwarzenbach, R.P, Gschwend P.M., Imboden D.M., Environmental Organic Chemistry – 2003, second edition, Wiley
D. K. Kondepudi, I. Prigogine Modern Thermodynamics: From Heat Engines to Dissipative Structures, John Wiley & Sons Inc, 1998.
Semester
First semester
Assessment method
The exam consists of:
- presentation of a group technical report on laboratory experiences:
evaluation of the report is carried out in terms of completeness, accuracy and
clarity of exposition;
- individual oral interview
on a series of course contents chosen by the students and agreed with the
teacher to verify: the level of the acquired knowledge; autonomy of analysis
and judgment; the student's exhibition skills.
The final grade, expressed in thirtieths with possible praise, is given by the average of the two tests.
At the request of the student, the exam can be conducted in English.Office hours
Every day, by appointment.