Ateneo - UPO

Il corso si propone di illustrare i principali aspetti teorici e applicativi (in particolare in problematiche di interesse inorganico, industriale, ambientale e biologico) dell’elettrochimica moderna sfruttando i collegamenti suggeriti dal carattere interdisciplinare della materia.

Verranno messe a disposizione le diapositive proiettate durante il corso. Si consiglia, per approfondimenti, il seguente testo:Allen J. Bard, Larry R. Faulkner, “Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications”, Wiley, 2000.

1) Fornire alle studentesse e agli studenti la conoscenza dei principi teorici dell'elettrochimica moderna. 2) Fornire un lessico scientifico appropriato agli argomenti del corso. 2) Sviluppare l'abilità di applicare i principi teorici a casi reali (semplici e avanzati) o comprendere quali principi teorici sono alla base di tecniche e processi consolidati. 3) Sviluppare la capacità di apprendere autonomamente e di affinare il senso critico che permette alle studentesse e agli studenti di trarre conclusioni su questioni attinenti agli argomenti trattati nel corso.

Chimica generale e inorganica, Matematica I e II, Chimica Fisica I e II

Lezioni frontali di teoria con discussione di esempi. Durante il corso verranno mostrati diversi filmati per approfondire in modo più efficace le techiche ed i processi spiegati. E' prevista una uscita in campo per visitare una azienda che utilizza qualcuno dei processi studiati durante il corso (da concordare).

Il controllo dell'apprendimento in itinere verrà effettuato attraverso discussione collegiale degli argomenti e piccole domande durante la lezione. 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 allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-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.

Esame orale. Le studentesse e gli studenti sotto esame dovranno presentare uno degli argomenti della parte applicativa a loro scelta approfondito autonomamente. A partire da tale esposizione il docente porrà delle domande specifiche per verificare la conoscenza degli aspetti dell’argomento scelto. Successivamente, alle studentesse e agli studenti verranno poste una o due domande sulla parte teorica (tecniche elettrochimiche). Questo tipo di esame consente di valutare le conoscenze teoriche e la capacità di applicarle a semplici problemi. Inoltre consente di valutare le conoscenze, le abilità comunicative, il senso critico e la capacità di apprendere in autonomia. Le studentesse e gli studenti che avranno mostrato tutte le abilità e capacità elencate raggiungeranno il punteggio massimo. Per superare la prova le studentesse e gli studenti dovranno almeno dimostrare di conoscere ed aver compreso le nozioni di base.

Il corso si propone di illustrare i principali aspetti teorici e applicativi dell’elettrochimica moderna sfruttando i collegamenti suggeriti dal carattere interdisciplinare della materia. In particolare si propone di (a) studiare le proprietà delle soluzioni elettrolitiche e dell'interfase elettrodica in condizioni di equilibrio (comportamento dell'interfase e sua struttura; equilibri elettrochimici) e in condizioni di non equilibrio (fenomeni di polarizzazione e sovratensioni di trasporto di materia, di trasferimento di carica e di reazione chimica); (b) illustrare le più importanti tecniche elettrochimiche per lo studio dei processi elettrodici e la loro utilizzo in problematiche di interesse inorganico, industriale, ambientale e biologico.Parte teorica: in questa parte verranno studiati gli aspetti teorici delle tecniche elettrochimiche (circa 12 ore).L’esperimento elettrochimico. Celle elettrolitiche e celle galvaniche. Processi elettrodici, trasferimento elettronico all’interfase elettrodo-soluzione e sua cinetica. Grandezze fisiche (potenziale, corrente, resistenza). Processi redox, relazione potenziale corrente ed equazione di Butler-Volmer. Trasporto di massa in soluzione (convezione, migrazione e diffusione), strato di diffusione di Nernst. Combinazione tra trasferimento elettronico e trasporto di massa e forma degli “spettri elettrochimici”. L’interfaccia elettrodo-elettrolita (doppio strato elettrico e corrente capacitiva). Definizione delle tecniche elettrochimiche a potenziale controllato.Tecniche con rinnovo dello strato di diffusione (tecniche polarografiche): equazioni, cosa si ricava dai polarogrammi, problemi, applicazioni, breve storia della polarografia.Tecniche polarografiche pulsate: dc polarography, sampled dc polarography, normal pulse polarography, differential pulse polarography, presente e futuro della polarografia.Tecniche senza rinnovo dello strato di diffusione (tecniche voltammetriche): linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry, equazioni, cosa si ricava dai voltammogrammi, problemi, applicazioni, breve storia della polarografia.Teoria dei processi elettrochimici: meccanismi E ed EC, equazioni, forma dei voltammogrammi, influenza delle variabili sperimentali sulla forma dei voltammogrammi, test diagnostici, misure a bassa temperatura.Adsorbimenti: teoria ed equazioni, forma dei voltammogrammi in presenza di adsorbimenti, test diagnostici.Tecniche voltammetriche pulsate: normal pulse voltammetry, differential pulse voltammetry, square wave voltammetry, equazioni, forma dei voltammogrammi, cosa si ricava dai voltammogrammi, test diagnostici.La strumentazione elettrochimica: il potenziostato, la cella elettrochimica, gli elettrodi di riferimento, gli elettrodi di lavoro, gli elettrodi ausiliari, l’accoppiata solvente-elettrolita di supporto. Esempi di applicazione delle tecniche studiate: come si esegue un esperimento elettrochimico, analisi di cinque case studies.Tecniche idrodinamiche: rotating disc electrode (RDE), equazioni, forma dei voltammogrammi RDE, cosa si ricava dai voltammogrammi RDE, test diagnostici.Stripping analysis: definizioni, anodic stripping voltammetry (ASV; equazioni, come si esegue una analisi ASV, cosa si ricavata da una analisi ASV, vantaggi e svantaggi); adsorptive stripping voltammetry (teoria e applicazioni); cathodic stripping voltammetry (teoria e applicazioni).Tecniche elettrolitiche: definizioni, come si esegue e cosa si ricava da una elettrolisi a potenziale controllato.Parte applicativa: in questa parte seminariale sarà affrontato lo studio delle applicazioni dell'elettrochimica in campo inorganico, industriale, ambientale, e biologico (circa 36 ore complessive).Corrosione: corrosion cell e descrizione dei vari tipi di corrosione, termodinamica e corrosione, tecniche di misura della corrosione, passivazione, metodi di protezione dalla corrosione (circa 9 ore).Elettrochimica industriale: celle elettrolitiche, fattori influenzanti il processo elettrochimico. Processi elettrochimici inorganici: electrorefining e electrowinning (industria del rame), industria dell’alluminio (processo Charles-Héroult, alluminio primario e secondario), electroplating (galvanostegia), anodizzazione, produzione cloro-soda, processi alternativi per la produzione elettrochimica di soda ed ossidanti (ipoclorito, clorati, H2O2, O3, ecc.), idrogeno e celle a combustibile. Processi elettrochimici organici: processo EHD-Monsanto (circa 9 ore).Electroremediation: principi e celle, electroremediation di metalli (elettrodialisi e electrowinning), dissalazione, recupero dei metalli. electroremediation di sostanze organiche (advanced oxidation processes, direct electrochemical oxidation, mediated electrochemical oxidation, generazione elettrochimica di ossidanti). Electroremediation di suoli (circa 9 ore).Applicazioni bio/mediche delle tecniche elettrochimiche: rivelatori elettrochimici in cromatografia, elettrodi ionoselettivi (ISE), elettrodi a membrana solida e liquida, elettrodi sensibili ai gas, sonda lambda, misura del pH gastroesofageo, determinazioni dei gas disciolti e degli elettroliti (dialisi), biosensori, determinazione del glucosio nel sangue (circa 9 ore).

Conoscenza e comprensione: conoscenza delle basi teoriche e delle principali tecniche usate in elettrochimica; conoscenza delle principali applicazioni dell'elettrochimica in campo inorganico, industriale, ambientale, e biologico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: abilità di applicare le conoscenze teoriche alla risoluzione di esercizi di elettrochimica ed all’interpretazione di dati sperimentali.

Autonomia di giudizio: capacità di valutare con senso critico le nozioni apprese.

Abilità comunicative: capacità di esporre chiaramente con appropriato linguaggio un argomento approfondito autonomamente, sapendosi esprimere con adeguato linguaggio scientifico in maniera precisa, concisa e chiara

Capacità di apprendimento: Capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato e di approfondire autonomamente un’applicazione dell’elettrochimica.