Obiettivi formativi
Lo studio dei fenomeni di trasporto, ed in particolare del ruolo che essi hanno in catalisi eterogenea fornirà allo studente strumenti utili per lo sviluppo ed il controllo dei processi chimici industriali, mentre i principi dell’analisi dimensionale forniranno alcuni criteri di base per lo scale-up di un processo chimico dal livello di laboratorio a quello pilota e industriale. Queste conoscenze, integrate da quelle relative ai diagrammi di fase, contribuiranno allo sviluppo della capacità di comprendere problematiche specifiche del chimico industriale, di eseguire valutazioni critiche e di proporre adeguate soluzioni.
L’approccio chimico fisico ai diversi argomenti previsti dal programma servirà ad ampliare il bagaglio culturale dello studente, lo metterà in grado in futuro di lavorare sia in piena autonomia, sia in interazione con altre persone ed in gruppo anche su progetti multidisciplinari. Sarà inoltre di aiuto nelle occasioni in cui dovrà affrontare nuove tematiche scientifiche o professionali ed eventualmente elaborare e proporre soluzioni a problemi complessi, ed inoltre ne migliorerà le capacità di giudizio e le abilità comunicative.
Prerequisiti
Nessuno
Contenuti dell'insegnamento
La prima parte del corso è dedicata allo studio dei diagrammi di fase a due e tre componenti, prendendo come base di partenza i concetti acquisiti nell’ambito del Corso di Chimica Fisica 1 della Laurea Triennale.
La seconda parte del corso è dedicata ai fenomeni di trasporto di energia, di materia e di quantità di moto. L’argomento verrà affrontato dopo una adeguata fase propedeutica nell’ambito della quale verranno trattati gli aspetti di base della Teoria Cinetica dei Gas. Verranno inoltre introdotte nozioni sulle proprietà reologiche dei liquidi, gli aspetti di base dell’analisi dimensionale e le applicazioni del trasporto di massa in catalisi eterogenea.
Nella terza parte del corso si parlerà di tensione superficiale, fenomeni di adsorbimento (con riferimento ai meccanismi della catalisi eterogenea) e di colloidi.
Programma esteso
Diagrammi di fase. Generalità.
Diagrammi di fase a due componenti.
La costruzione dei diagrammi di fase: teoria ed esperimenti. Diagrammi liquido-liquido: lacuna di miscibilità. Diagrammi solido-liquido: transizione eutettica, peritettica, formazione di composti.
Diagrammi di fase a tre componenti. Il modello. Diagrammi liquido-liquido: lacuna di miscibilità. Diagrammi solido-liquido: transizione eutettica, peritettica, formazione di composti.
Applicazioni.
Teoria cinetica dei gas.
Teoria generale del trasporto. Modello unificato per i gas. Processi di trasporto nei liquidi.
Viscosità e misure di viscosità (cenni di reologia). Liquidi puri, miscele e soluzioni di polimeri.
Equazioni generali del moto dei fluidi. Regimi di moto. Analisi dimensionale. Moto di fluidi in condotti. Moto di fluidi attraverso masse porose. Filtrazione. Fluidizzazione.
Trasferimento di calore: conduzione, convezione, irraggiamento. Scambiatori di calore.
Diffusione. Prima e seconda legge di Fick. Applicazioni. Processi diffusivi in catalisi eterogenea. Diffusione esterna. Diffusione interna. Efficacia di un catalizzatore.
Tensione superficiale, capillarità, angolo di contatto.
Adsorbimento fisico e chimico. Le isoterme di adsorbimento. I modelli di adsorbimento: Langmuir, Freundlich, BET. I meccanismi della catalisi eterogenea.
Lo stato colloidale. Tipi di colloidi. Metodi di sintesi di colloidi. Proprietà dei colloidi. Stabilità dei colloidi.
Bibliografia
L. Forni, I. Rossetti, Fenomeni di trasporto, Ed. Cortina MI, 2009.
P. Atkins, J. de Paula, Chimica Fisica, Zanichelli.
Appunti delle lezioni elaborati dal docente.
Metodi didattici
Lezioni frontali. Verranno proiettate slides come traccia delle singole lezioni, integrandole con spiegazioni e dimostrazioni. Le slides saranno rese disponibili sulla piattaforma Elly: esse tuttavia non sono da considerarsi testi adatti per la preparazione dell’esame. Verranno di volta in volta indicati le fonti su cui trovare gli argomenti trattati. La frequenza delle lezioni è in ogni caso fortemente raccomandata.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale. Durata: 35-40 minuti circa. Lo studente dovrà rispondere a tre domande, vertenti su argomenti indicati nel programma esteso. Per raggiungere la sufficienza sarà necessario rispondere ad almeno due domande. Una quarta domanda potrà eventualmente essere di aiuto come approfondimento per verificare la possibilità di aumentare il voto od assegnare la lode.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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