Obiettivi formativi
Conoscenza e comprensione: I materiali polimerici rappresentano uno dei
settori avanzati della ricerca di base ed applicata in campo chimico. La
scienza dei polimeri è un settore altamente multidisciplinare che richiede
conoscenze che spaziano dalla chimica organica all'ingegneria
meccanica, che non può essere trattato esaurientemente nell'ambito di
un singolo corso. Scopo del presente corso è di introdurre i fondamenti
della chimica dei polimeri, integrando i concetti teorici con esperienze di
laboratorio.
Conoscenza e comprensione applicate: viene curata l'acquisizione dei
concetti di base relativi alla chimica macromolecolare e l'impiego delle
conoscenze maturate nei campi della chimica organica e chimica fisica al
campo dei polimeri. Particolare attenzione viene posta all'integrazione
dei vari concetti per una comprensione unitaria dei materiali polimerici a
livello sintetico, strutturale e funzionale. Le esperienze di laboratorio sono
strutturate in modo da fornire agli studenti un riscontro pratico della
teoria esposta.
Lo studente dovrà essere inoltre in grado di:
a) correlare le conoscenze di base fra loro (autonomia di giudizio)
b) utilizzarle come base teorica per affrontare argomenti di natura
chimica delle macromolecole non necessariamente trattati nel corso ma
ad esso attinenti (autonomia di giudizio)
c) esporle in modo organico utilizzando un linguaggio scientifico
appropriato (abilità comunicative).
Conoscenze: l’obiettivo principale del corso è quello di fornire allo
studente i criteri generali su cui si basa la realizzazione di un processo
chimico industriale, i concetti fondamentali che occorre tenere in
considerazione nella progettazione di un impianto. A tale scopo alcuni
processi chimici industriali vengono descritti ed analizzati dal punto di
vista termodinamico e cinetico, ne sono inoltre evidenziati gli aspetti
tecnologici più importanti. Vengono inoltre trattati i problemi connessi
con il costo, la sostenibilità e la sicurezza di un processo industriale.
Capacità di comprensione: viene curata l'acquisizione di un linguaggio
formalmente corretto, viene stimolata la capacità di esprimere i contenuti
in modo chiaro e lineare, vengono sottolineati i collegamenti tra le
diverse parti del corso.
Applicazione di conoscenze: capacità di analizzare dal punto di vista
termodinamico e cinetico un processo industriale, mettendone in
evidenza gli aspetti più importanti e le soluzioni tecnologiche adottate.
Acquisizione dei concetti relativi alla sostenibilità ambientale ed
economica di un processo.
Prerequisiti
Si richiede la conoscenza di base della chimica organica e della chimica fisica
Contenuti dell'insegnamento
Concetti introduttivi
Definizioni e nomenclatura; peso molecolare medio; isomeria e
stereoisomeria; classificazione delle principali classi di polimeri,
condizioni termodinamiche di polimerizzazione.
Sintesi dei polimeri
Policondensazioni: trattamento statistico policondensazioni bifunzionali,
teoria della gelazione per policondensazioni polifunzionali, cinetica di
policondensazione bifunzionale.
Poliaddizioni radicaliche, cationiche, anioniche, coordinate; cinetica di
polimerizzazione radicalica.
Processi di polimerizzazione
Copolimeri
Catalisi Ziegler-Natta
Struttura microscopica dei materiali polimerici
Analisi conformazionale; interazioni deboli inter ed intramolecolari;
conformazioni ordinate; morfologia.
Cristallizzazione, fusione e Tg
Elastomeri, fibre, proteine strutturali e sostanze plastiche
Caratterizzazione dei polimeri
Metodi di determinazione dei PM medi via osmometria, viscosimetria e
GPC
Metodi spettroscopici: NMR
Proprietà meccaniche e reologiche
Curve sforzo-deformazione; modulo di Young; comportamento
viscoelastico.
Esperienze di laboratorio previste:
Poliestere, Nylon, Bakelite, Polistirene, PMMA in emulsione, Poliuretano,
Resina epossidica, Silicone, Prove meccaniche.
Cenni di termodinamica e di cinetica: definizione delle condizioni
operative (pressione, temperatura, tempo di contatto) nella conduzione
di una reazione chimica in alcuni esempi di processi industriali. Concetti
di resa, conversione e selettività. Reazioni parallele e consecutive. Bilanci
di massa e di energia applicati a processi chimici industriali. Esempi di
riciclo, by-pass e spurgo. Scelta del tipo e disegno del reattore in
modalità continua o discontinua. Reazioni multifasiche. Utilizzo di
catalizzatori omogenei ed eterogenei in ambito industriale (esempi tratti
dalla petrolchimica). Problemi connessi con lo scale-up di un processo
produttivo dal laboratorio all’industria. Importanza della disponibilità delle
materie prime, della sostenibilità e della sicurezza di un impianto chimico
industriale. Considerazioni sui costi complessivi fissi e variabili di un
processo (materie prime, produzione, separazione purificazione prodotti,
utilizzo e/o smaltimento dei sottoprodotti, ammortamento impianti, costo
del personale, ecc.).
Gli aspetti fin qui descritti verranno esemplificati con i processi industriali
di seguito riportati:
-Liquefazione dei gas. Separazione dei gas dell’aria.
-Produzione di idrogeno e gas di sintesi.
-Produzione industriale di metanolo
-Azoto e composti dell’azoto: produzione di ammoniaca, idrazina, acido
nitrico.
-Zolfo e composti dello zolfo: produzione di acido solforico. Processo
Claus.
-Industria cloro-alcali: produzione di cloro e idrossido di sodio, acido
cloridrico,
carbonato sodico.
-Produzione di acetilene.
-Gas Industriali.
Programma esteso
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Bibliografia
Dispense fornite dal docente. Le dispense sono scaricabili dal web
direttamente dagli studenti.
1) "Chimica Inorganica Industriale" Carlo Botteghi (Piccin)
2) "An Introduction to Industrial Chemistry" C. A. Heaton
3) "Organic Chemistry: Principles and Industrial Practice" Mark M. Green,
Harold A. Wittcoff
4) "Principi della Chimica Industriale" Vol. I e II G. Natta, L. Pasquon
Metodi didattici
Il corso si svolge in 32 ore di lezioni frontali, durante le quali gli studenti
vengono guidati alla comprensione dei concetti di base della chimica dei
polimeri. Le conoscenze teoriche vengono verificate ed integrate da 30
ore di laboratorio, dove gli studenti imparano a sintetizzare e
caratterizzare i polimeri.
Il corso si svolge in 48 ore di lezioni frontali, durante le quali gli studenti
vengono guidati alla comprensione dei principi di base della Chimica
Industriale. Durante le lezioni verranno discusse le problematiche
generali connesse con la conduzione di una reazione chimica su scala
industriale. I concetti teorici verranno esemplificati con alcuni processi
industriali di grande importanza.
Modalità verifica apprendimento
Apprendimento dei concetti di base della chimica dei polimeri. Capacità
di esprimere i contenuti in modo chiaro e preciso, elaborazione dei
collegamenti tra le diverse parti del corso per arrivare ad una
comprensione complessiva ed integrata dei materiali polimerici.
Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione degli argomenti
trattati sono verificati mediante un esame scritto diviso in due prove
parziali ed un orale, integrato dalle esperienze di laboratorio.
La verifica dell’apprendimento comprende due prove scritte parziali con
domande aperte sui principali argomenti presentati nel corso. Questo tipo
di verifica permette di determinare sia in valore assoluto che comparativo
1) la padronanza degli argomenti; 2) la capacità di rispondere
puntualmente a domande specifiche; 3) la capacità di esposizione; 4) la
proprietà del
linguaggio scientifico. La prima prova parziale esprime un terzo del
punteggio totale dello scritto in 30esimi, mentre la seconda prova vale
2/3 del totale. I risultati dei due scritti verranno poi sommati e scalati per
essere riportati alla votazione finale della parte scritta in trentesimi.
Segue poi la prova orale dove gli studenti dovranno mostrare di
padroneggiare l'argomento in maniera dialettica, correlando le nozioni
per dare una risposta integrata. Punteggio: si sommano da 0 a 3 punti.
Prova scritta e orale.
La conoscenza e la comprensione dei concetti acquisiti vengono verificati
da una prova scritta e un esame orale. Alla prova orale sono ammessi
coloro che hanno superato la prova scritta.
Lo studente deve dimostrare:
1) di aver compreso i processi chimici industriali in tutti i loro aspetti
2) di essere in grado di confrontare e discutere autonomamente in modo
critico i processi: per esempio confrontare un processo datato con uno
più innovativo.
3) di utilizzare un linguaggio corretto per descrivere i processi.
4) di essere in grado di trovare collegamenti tra i contenuti di altri corsi:
per esempio spiegare dal punto di vista termodinamico e cinetico la
reazione di un processo industriale utilizzando le competenze acquisite
nei corsi di Chimica Generale ed Inorganica e di Chimica Fisica I.
Altre informazioni
Il materiale didattico è disponibile in rete. Il docente riceve gli studenti
per chiarimenti e discussioni, previo appuntamento. Le date degli appelli
verranno concordate con gli studenti. Si prevedono almeno 5 appelli per
sessione.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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