- Area di Scienze
- Corso di Laurea Magistrale
- Scienze e Tecnologie per l'Ambiente e il Territorio [F7501Q]
- Insegnamenti
- A.A. 2023-2024
- 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 frontale
Conoscenze 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 dissipative
Prerequisiti
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
Sustainable Development Goals
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 structures
Prerequisites
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**.**