Insegnamenti

 

SM/0080 - CHIMICA AMBIENTALE

Anno Accademico ​2017/2018

Docente
ANDREA ​SALIS (Tit.)
ANDREA ​PORCHEDDU
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/69] ​ ​SCIENZE CHIMICHE [69/00 - Ord. 2012] ​ ​PERCORSO COMUNE648
Obiettivi

MODULO I
CONOSCENZA E CAPACITA’ DI COMPRENSIONE:
Il modulo si prefigge come obbiettivo di fornire agli studenti le seguenti conoscenze:
Introduzione agli aspetti ambientali in particolare collegati al problema dei cambiamenti climatici associati ai consumi energetici antropici. Inoltre, gli studenti acquisiranno conoscenze di base sui biocombustibili e sulla produzione di energie rinnovabili.


CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Il corso fornisce allo studente competenze applicative di tipo metodologico sulle problematiche ambientali in particolare legate alla produzione e consumo di energie fossili e rinnovabili.


AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Il modulo ha l’intento di sviluppare la capacità di interpretare nozioni e dati in modo critico per inquadrare ogni argomento nel relativo campo di applicazione, sapendo quindi individuare il modo opportuno per la sua trattazione o la risoluzione.

ABILITÀ NELLA COMUNICAZIONE:
Il modulo si prefigge di sviluppare la capacità di esporre in modo sintetico ed esauriente un argomento scientifico in forma orale.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
I concetti e le nozioni apprese dagli studenti dovranno conferire loro la capacità di applicare le conoscenze acquisite nell'ambito della chimica ambientale ed a tematiche di attualità quali la produzione di energie rinnovabili, e la curiosità di approfondire tali tematiche mediante studio individuale da testi specialistici e articoli scientifici in lingua inglese.

MODULO II
Il modulo di chimica organica ambientale si propone di fornire agli allievi un quadro dei principi della chimica verde curando con particolare attenzione quelli maggiormente correlati con la sintesi organica e la preparazione di prodotti di interesse farmaceutico. Lo studente al termine del corso dovrà possedere le competenze necessarie per valutare l’impatto delle sintesi tradizionali sulla salute pubblica e sull’ambiente e suggerire protocolli “verdi” alternativi secondo i criteri enucleati a lezione.

Prerequisiti

MODULO I
Gli studenti devono avere conoscenze sui seguenti argomenti: a) matematica e fisica di base; b) chimica generale e inorganica; c) chimica fisica: aspetti energetici legati reazioni chimiche, termodinamica chimica, cinetica chimica e catalisi.

MODULO II
Lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una buona preparazione nei fondamenti della chimica organica

Contenuti

MODULO I
Energia e cambiamento climatico
• L’effetto serra, assorbimento di energia da parte dei gas serra: biossido di carbonio, l’assorbimento della radiazione infrarossa, il vapore acqueo. Altri gas serra.
• Gli aerosol e modifiche al clima. Aerosol e riscaldamento globale, contributi di fattori naturali e di origine antropica al riscaldamento.
• Le fonti di energia, i combustibili fossili, il carbone, il gas naturale e il propano come combustibili, i gas di scisto, il petrolio, emissioni di CO2 e cambiamento climatico globale.
• Il sequestro e la cattura reversibile della CO2, gli stati fisici della CO2, il miglioramento dell’efficienza energetica e la riduzione delle emissioni di CO2.
• Biocombustibili e altri combustibili alternativi
• L’etanolo come carburante, la produzione di bioetanolo, Bioetanolo da materiali lignocellulosici (II generazione).
• Il biodiesel come carburante: costituenti, la conversione di materiale vegetale in biodiesel, l’uso del biodiesel nei veicoli a motore, gas serra ed emissioni inquinanti del biodiesel, biodiesel da oli di frittura, le alghe come materia prima per il biodiesel.
• produzione di biodiesel da biocatalisi, reazioni catalizzate da lipasi in mezzi non acquosi, immobilizzazione di enzimi su supporti porosi, attività enzimatica, riciclo biocatalizzatore.
• Produzione pirolitica di bio-olio, il gas di sintesi, produzione di metanolo a partire dal gas di sintesi, il metanolo come combustibile alternativo, gli eteri come additivi per carburante
• L’idrogeno: produrre di idrogeno a partire da combustibili fossili, produzione di idrogeno per elettrolisi, idrogeno da acqua; l’immagazzinamento dell’idrogeno. Celle a combustibile.
• Acque: usi umani, agricoli, industriali. Acque dolci, acque superficiali; chimica di ossido-riduzione dell'acqua; inquinamento acque naturali, inquinamento termico; Domanda di ossigeno BOD e COD; potabilizzazione delle acque; metodi di disinfezione dell'acqua; resine a scambio ionico; tecnologie delle membrane: microfiltrazione, ultrafiltrazione, osmosi inversa; acque di falda e loro contaminazione; decontaminazione. Depurazione acque reflue mediante trattamenti biologici (aerobici e anaerobici); metalli pesanti, tossicità, precipitazione dei metalli pesanti; acque di vegetazione, ossidazione di composti fenolici mediante biocatalisi (laccasi immobilizzata e sistema bienzimatico GOx/HRP immobilizzato)

MODULO II
I contenuti del corso hanno come obiettivo quello di fornire allo studente i concetti generali per lo sviluppo di protocolli sintetici a basso impatto ambientale ed elevata sostenibilità. Le nozioni sviluppate durante il corso saranno successivamente applicate a specifici esempi/modelli, mettendo a confronto la chimica organica tradizionale con quella di nuova generazione (green chemistry). Nella parte introduttiva, si tratteranno alcuni concetti di base come la definizione di chimica organica eco-sostenibile (Green Chemistry) e si prenderanno in analisi alcuni parametri metrici specifici come “l’atom economy” e “l’e-factor”. Attingendo alla letteratura saranno analizzati diversi esempi di classi di reazioni ad elevata e ridotta economia atomica. Tutti questi esempi saranno inquadrati all’interno di alcune tematiche chiave, quali:
a) uso di reagenti green in sostituzione di composti ad alta pericolosità; b) uso di solventi green derivati da fonti naturali; liquidi ionici (RTILs e DES); reazioni senza solvente; c) reazioni di ossido-riduzione, nuove procedure; d) formazioni catalizzate di legami C-C e building blocks ad elevata economia atomica. Caso per caso, saranno descritte soluzioni sintetiche originali; e) Catalisi e green chemistry: catalisi omogenea ed eterogenea; f) fonti energetiche alternative: meccanochimica, sonochimica, fotochimica e microonde; g) le risorse rinnovabili come materia di partenza per reazioni chimiche.

Metodi Didattici

Il corso prevede due moduli di 24 ore ciascuno di lezioni frontali. E' previsto lo svolgimento di esercizi numerici in aula. A tale scopo verranno utilizzati strumenti multimediali (computer e proiettore) e tradizionali (lavagna e gesso).

Verifica dell'apprendimento

MODULO I
La valutazione dello studente avviene sul giudizio di una prova orale. Sono valutate la conoscenza degli argomenti del corso, le capacità di collegamento tra argomenti diversi, la capacità espressiva, l’uso di terminologia appropriata, la capacità di sintesi.

MODULO II
L'esame si basa sulla elaborazione e discussione di una presentazione focalizzata sulla sintesi di un composto specifico (concordato con il docente), descrivendo diverse vie sintetiche che mettano in luce gli aspetti di basso impatto ambientale utilizzando le conoscenze apprese durante il corso.

Giudizio finale. Per entrambi i moduli il voto finale tiene conto di vari fattori:
Qualità delle conoscenze, abilità, competenze possedute e/o manifestate:
a) appropriatezza, correttezza e congruenza delle conoscenze
b) appropriatezza, correttezza e congruenza delle abilità
c) appropriatezza, correttezza e congruenza delle competenze

Modalità espositiva:
a) Capacità espressiva;
b) Utilizzo appropriato del linguaggio specifico della disciplina;
c) Capacità logiche e consequenzialità nel raccordo dei contenuti;
e) Capacità di collegare differenti argomenti trovando i punti comuni e istituire un disegno generale coerente, ossia curando struttura, organizzazione e connessioni logiche del discorso espositivo;
f) Capacità di sintesi anche mediante l’uso del simbolismo proprio della materia e l’espressione grafica di nozioni e concetti, sotto forma per esempio di formule, schemi, equazioni.

Qualità relazionali:
Disponibilità allo scambio e all'interazione con il docente durante la prova orale.

Qualità personali:
a) spirito critico;
b) capacità di autovalutazione.

Di conseguenza, il giudizio può essere:

a) Sufficiente (da 18 a 20/30)
Il candidato dimostra poche nozioni acquisite, livello superficiale, molte lacune. capacità espressive modeste, ma comunque sufficienti a sostenere un dialogo coerente; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di livello elementare; scarsa capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piuttosto stentata; scarsa interazione con il docente durate il colloquio.
b) Discreto (da 21 a 23)
Il candidato dimostra discreta acquisizione di nozioni, ma scarso approfondimento, poche lacune; capacità espressive piú che sufficienti a sostenere un dialogo coerente; accettabile padronanza del linguaggio scientifico; capacità logiche e consequenzialità nel raccordo degli argomenti di moderata complessità; più che sufficiente capacità di sintesi e capacità di espressione grafica accettabile.
c) Buono (da 24 a 26)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni piuttosto ampio, moderato approfondimento, con piccole lacune; soddisfacenti capacità espressive e significativa padronanza del linguaggio scientifico; capacità dialogica e spirito critico ben rilevabili; buona capacità di sintesi e capacità di espressione grafica piú che accettabile.
d) Ottimo (da 27 a 29)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso, ben approfondito, con lacune marginali; notevoli capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; notevole capacità dialogica, buona competenza e rilevante attitudine alla sintesi logica; elevate capacità di sintesi e di espressione grafica.
e) Eccellente (30)
Il candidato dimostra un bagaglio di nozioni molto esteso e approfondito, eventuali lacune irrilevanti; elevate capacità espressive ed elevata padronanza del linguaggio scientifico; ottima capacità dialogica, spiccata attitudine a effettuare collegamenti tra argomenti diversi; ottima capacità di sintesi e grande dimestichezza con l’espressione grafica.
La lode si attribuisce a candidati nettamente sopra la media, e i cui eventuali limiti nozionistici, espressivi, concettuali, logici risultino nel complesso del tutto irrilevanti.

Testi

MODULO I
- "Chimica ambientale", C. Baird, M. Cann, Zanichelli 3a edizione italiana.

MODULO II
Green Organic Chemistry in Lectures and Laboratory; Andrew P.Dicks; CRC Press; ISBN-13: 978-1439840764.
Green Organic Chemistry: Strategies, Tools, and Laboratory Experiments; Kenneth M.Doxsee, James Hutchinson; Brooks/Cole; ISBN-13: 978-0534388515.

Altre Informazioni

I docenti forniscono, in aggiunta ai testi consigliati, i files in pdf delle presentazioni power point proiettate nel corso delle lezioni frontali.

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