Ateneo - UPO

La catalisi eterogenea: concetti generali. Catalizzatori e velocità di reazione. Esempi di interesse industriale con accento alle problematiche ambientali. Natura dei siti attivi del catalizzatore e caratterizzazione chimico-fisica e modalità di azione.

Appunti delle lezioni forniti dal docente. Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis. J. M.Thomas, W. J. Thomas;

Conoscenza degli aspetti fondamentali dei seguenti argomenti: definizione di catalisi eterogenea e catalizzatore, velocità delle reazioni chimiche e teorie relative, processi di fisi- e chemisorbimento, risvolti della catalisi eterogenea nell’industria moderna, tecniche di caratterizzazione in catalisi eterogenea.

Conoscenza dei concetti base di termodinamica e cinetica

Lezioni frontali in aula con proiezione di slide e filmati. Il materiale didattico (file pdf) utilizzato durante le lezioni sarà disponibile sulla piattaforma DIR.

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi all’ufficio di riferimento consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studentesse-e-studenti-condizione-di-disabilità-e-dsa. Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

L'esame consiste in una prova orale articolata in due parti:
• Presentazione di un graphical abstract, preparato dallo studente secondo le indicazioni fornite durante il corso. La presentazione è finalizzata a valutare la capacità di sintetizzare e comunicare in modo chiaro ed efficace un contenuto scientifico mediante un approccio grafico.
• Discussione orale sugli argomenti trattati nelle lezioni teoriche di catalisi omogenea e catalisi eterogenea, volta ad accertare la comprensione dei principi teorici, la padronanza della terminologia scientifica e la capacità di collegare i diversi concetti affrontati durante il corso.
La valutazione terrà conto sia della qualità scientifica e comunicativa del graphical abstract sia della preparazione dimostrata nel colloquio orale.

Introduzione alla catalisi. Definizione di catalizzatore e di reazione catalizzata. Tipi di catalisi: omogenea, eterogenea ed enzimatica. Passato, presente e futuro della catalisi eterogenea. La catalisi eterogenea all’interno della Chimica Verde. I materiali per la catalisi eterogenea: solidi cristallini e solidi amorfi. Natura e reattività della superficie di un catalizzatore eterogeneo: siti cataliticamente attivi, loro dispersione e accessibilità. Tipologia dei siti cataliticamente attivi: acidi, basici, redox e chirali. Classificazioni di catalizzatori eterogenei: metalli supportati, materiali porosi e ibridi organico-inorganici Cinetica delle reazioni di superficie e fasi elementari all’interfaccia catalizzatore/reagenti: diffusione, adsorbimento, reazione chimica e desorbimento. Aspetti fondamentali dell’adsorbimento chimico e fisico all’interfaccia: modello di Langmuir-Hinselwood e di Eley-Redeal. Concetti di attività, selettività, resa, economia atomica, E-factor, turnover number (TON) e turnover frequency (TOF) di un processo catalitico. Metodi di sintesi e tecniche di caratterizzazione dei catalizzatori eterogenei: diffrazione di raggi X, spettroscopie ottiche e magnetiche, microscopie elettroniche. Meccanismi di avvelenamento e rigenerazione di un catalizzatore eterogeneo. Esempi e casi studio di processi catalizzati da acidi, da basi, da metalli e da complessi organometallici eterogenizzati. Accenni alla trasformazione catalitica di biomasse per la produzione di molecole piattaforma e combustibili verdi.

Conoscenza e comprensione: conoscenza dei principi e dei metodi di base della catalisi eterogenea. Conoscenza dei principi della cinetica e delle relazioni che legano velocità di reazione e meccanismo di reazione; conoscenza dei concetti di attività, selettività, resa, economia atomica, E-factor, turnover number (TON) e turnover frequency (TOF) di un processo catalitico. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di identificare e risolvere problemi che coinvolgono processi chimici utilizzando gli strumenti della catalisi eterogenea; abilità nel riconoscere e quantificare gli elementi legati alla catalisi eterogenea in problemi e processi complessi. Autonomia di giudizio: capacità di analizzare con senso critico gli elementi legati alla catalisi eterogenea evidenziando le soluzioni che la catalisi fornisce a problemi reali e complessi. Abilità comunicative: abilità di relazionare su argomenti scientifici, e in particolare su aspetti che riguardano la catalisi eterogenea, in maniera precisa, concisa e chiara. Viene valutato in sede di esame analizzando il linguaggio usato nel rispondere alle domande orali. Capacità di apprendimento: capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato, anche per una successiva autonoma e acquisizione di conoscenze superiori.