Chimica

Università degli Studi di Pisa
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  • Laurea
  • Pisa
Descrizione

Il Corso di Laurea Magistrale in Chimica si propone di formare laureati con una solida preparazione culturale nei principali settori di questa disciplina, preparazione adeguata per affrontare con competenza ed autonomia sia attività professionali che di ricerca accademica ed industriale, e per consentire l'accesso alla Scuola di Dottorato in Scienze Chimiche.

Per raggiungere tale scopo il Corso fornisce una buona padronanza del metodo scientifico di indagine, con una solida conoscenza di strumenti matematici ed informatici di supporto, oltre ad un approfondimento della formazione chimica di base con l’acquisizione di tecniche utili per la comprensione di fenomeni a livello molecolare ed il conseguimento di competenze specialistiche in specifici settori della chimica e della biochimica. Le attività formative, oltre al percorso curriculare tradizionale, prevedono anche, in relazione ad obiettivi specifici, attività esterne come tirocini formativi presso aziende, laboratori e strutture pubbliche, oltre a soggiorni di studio presso altre università italiane ed europee. L’attività didattica è organizzata in lezioni frontali, esercitazioni e attività di laboratorio, dedicate all’apprendimento di metodiche sperimentali e all’elaborazione dei dati. Il Corso di Laurea Magistrale offre la scelta tra quattro curricula con struttura analoga ma con obiettivi formativi differenziati: curriculum Chimico Analitico, Chimico Fisico, Chimico Inorganico, Chimico Organico.
Nel corso dell’ultimo anno è prevista lo svolgimento di una tesi sperimentale su un argomento originale di ricerca. La prova 'nale consiste in un esame orale, in cui lo studente espone e discute l’argomento della tesi elaborata e scritta sotto la guida di un relatore, a seguito dell’attività svolta in un laboratorio di ricerca universitario...

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Pisa
Lungarno Antonio Pacinotti, 43 , 56122, Pisa, Italia
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Programma

  • Curriculum Chimico Inorganico
  • Curriculum Chimico Analitico
  • Curriculum Chimico Organico
  • Curriculum Chimico Fisico
Curriculum Chimico Inorganico
  • Libera scelta (9 cfu)

  • Metallorganica (9 cfu)

    • Obiettivo del corso è affrontare uno studio sistematico della chimica dei composti dei metalli di transizione che contengano almeno un legame metallo-carbonio e illustrare le loro più importanti applicazioni. Dopo una prima parte in cui vengono discussi aspetti generali, andamenti periodici, effetti cinetici e termodinamici e reazioni di interesse comune nella chimica organometallica, sarà esaminata in dettaglio la chimica dei gruppi funzionali (alchili, arili, vinili, alchinili, carbonili, carbeni, carbini, vinilideni, complessi di olefine, dieni, alchini, allili, areni ed enili ciclici, idruri e altri leganti con donatori diversi dal carbonio).
  • Chimica Analitica III (6 cfu)

    • "Il corso di Chimica Analitica III si propone di approfondire gli aspetti più critici della chimica analitica applicata alla caratterizzazione di sistemi reali. Il corso affronterà tutte le fasi di una procedura analitica (dalla preparazione del campione alla valutazione del dato finale), compresi i metodi per il controllo e l’assicurazione della qualità dei dati analitici, ed approfondirà le modalità di approccio all’analisi di matrici reali complesse, proponendo in particolare alcuni esempi applicativi in campo ambientale, alimentare, biomedico e dei beni culturali. Infine, saranno trattati alcuni aspetti legati alla chimica analitica di processo.
      Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di sviluppare una procedura analitica, determinare le sue prestazioni e valutare criticamente i risultati sperimentali.
  • Catalisi (3 cfu)

    • Il Corso di Catalisi si propone di illustrare i concetti di base della catalisi eterogenea e omogenea. Saranno prese in esame le principali classi di catalizzatori evidenziandone le proprietà in funzione delle caratteristiche delle reazioni. Partendo dall’esame di alcuni processi industriali che utilizzano catalizzatori sia omogenei che eterogenei, questo Corso mostrerà i problemi coinvolti e come questi sono stati risolti.
  • Materiali Inorganici (6 cfu)

    • Nel corso vengono prima introdotti alcuni metodi di indagine specifici per lo stato solido. Cristallografia e tecniche di diffrazione, fluorescenza X, microscopia ottica, microscopia elettronica a scansione e a trasmissione, microscopia a forza atomica. Viene poi presentata una rassegna dei metodi di produzione, delle relazioni tra struttura e proprietà e delle applicazioni di alcuni materiali inorganici sia di tipo tradizionale che di tipo avanzato che hanno raggiunto la soglia della produzione industriale. I materiali trattati riguardano boro, alluminio, carbonio e silicio; conduttori, semiconduttori e giunzioni p-n; quarzo, silice, colloidi e sol, vetri; mullite; argille, cementi e materiali ceramici; ghisa e acciai. Ogni anno un esperto proveniente dal mondo industriale sostituirà il docente ufficiale nel presentare un argomento monografico tra quelli elencati sopra.
  • Chimica Inorganica III (6 cfu)

    • Chiarimento ed applicazioni della termodinamica chimica.
      Chimica dell’idrogeno. Metodi fotochimici, elettrochimici e chimici per la riduzione dell’acqua. Carbonio fossile come agente riducente, WGSR e metodi per la completa rimozione di CO in miscela con idrogeno per ottenere Fuel Cell grade Hydrogen (FCH). Metodi per immagazzinare l’idrogeno.
      CO2 come hydrogen storage material. Idrogenazione della CO2 ad acido formico promossa da catalizzatori eterogenei a base di Au che tollerano il CO. Decomposizione dell’acido formico a CO2 e idrogeno non contaminato da CO. Rimozione e immagazzinamento della CO2.
      Lo studente sarà in grado di applicare la termodinamica alle trasformazioni chimiche e conoscerà in dettaglio i metodi per la produzione, affinazione e immagazzinamento dell’idrogeno, le proprietà delle celle a combustibile (Proton Exchange Membrane Fuel Cell PEMFC), la letteratura chimica riguardante la gassificazione del carbone, steam and oxidative reforming delle riserve di carbonio fossile, lo Shift del gas d’acqua, l’idrogenazione della CO2 ad acido formico e i recenti sviluppi della chimica del gas di sintesi.
      In laboratorio sarà mostrata la preparazione di miscele gassose sotto pressione in autoclave. Lo studente sarà informato sui rischi associati a questa tecnica.
  • Chimica Inorganica II. (6 cfu)

    • Introduzione: l’ambiente in cui viviamo: temperatura, pressione, energia. Gli elementi: identità, abbondanza, stabilità. La tabella periodica.
      Le forze che tengono insieme gli atomi: il legame covalente, il legame ionico, il legame metallico. Interazioni deboli e forze repulsive.
      Le dimensioni delle particelle: i raggi atomici, i raggi covalenti, i raggi ionici, i raggi metallici, i raggi di van der Waals.
      Acidi e basi: Brønsted e Lowry, Lux-Flood, definizione basata sul solvente, Lewis, Usanovich. Forza acido-base: confronto tra ammine, affinità protonica e basicità in acqua, acidità degli alogenuri di idrogeno e degli acidi ossigenati in acqua, acidi e basi hard and soft.
      Solventi non acquosi: ammoniaca liquida, acido solforico, fluoruro di idrogeno e acidi magici, liquidi ionici.
      Reattività in campo inorganico. Le reazioni dei composti di coordinazione. Labilità e inerzia dei complessi. Reazioni di sostituzione. Reazioni di trasferimento elettronico. Reazioni a stampo. Reazioni di attacco al legante coordinato. Reazioni di inserzione. Argomento monografico:
      alcuni aspetti della chimica del biossido di carbonio (cenni alla fotosintesi e al ciclo del carbonio, proprietà e comportamento di CO2 in acqua, i complessi del biossido di carbonio, l’anidrasi carbonica).
  • Laboratorio di Chimica Inorganica II (6 cfu)

    • Il corso si propone di mostrare le tecniche per la sintesi, purificazione, manipolazione e caratterizzazione di composti inorganici e organometallici sensibili all’aria e di addestrare gli studenti in queste operazioni con pratica di laboratorio.
  • Chimica Organica III con esercitazioni in aula (6 cfu)

    • Il programma del corso si articola nei seguenti argomenti
      - Formazione di legami C-C e C-eteroatomo: alcheni coniugati di I, II e III specie; loro formazione e loro reattività in reazioni di sostituzione e di condensazione con metodologie classiche ed avanzate
      - Reazioni di cicloaddizione e cicloreversione: concetti generali, nomenclatura, loro studio mediante trattazione degli orbitali molecolari e regole di selezione di Woorward-Hoffmann
      - Reazioni a trasferimento di idruro: concetti generali, trasferitori organici ed inorganici
      - Processi di ossidazione non convenzionali: DMSO attivato, diossirani, periodinano di Dess-Martin
      - Trasposizioni: elettrofiliche, radicaliche, nucleofiliche ; trasposizioni nucleofiliche 1,2, trasposizioni cicliche non 1,2, trasposizioni sigmatropiche, alliliche, elettrocicliche.

      Il corso si prefigge l’obiettivo di far conoscere sia gli sviluppi più moderni di procedure sintetiche organiche classiche sia metodi innovativi di sintesi. Solo per gli studenti del curriculum Chimico-Organico le lezioni teoriche sono accompagnate da esercitazioni in aula per introdurre gli studenti alla progettazione di sintesi di composti organici polifunzionali, anche di avanzata complessità, che possano avere anche un interesse applicativo in campo biochimico.
  • 6 cfu a scelta nel gruppo GR3

    • Rosa di attività del SSD CHIM/02 per i curricula Chimico Analitico, Chimico Inorganico e Chimico Organico
    • Chimica Quantistica e Modellistica Molecolare (6 cfu)

      • Il corso intende portare gli studenti ad un livello sufficientemente avanzato di conoscenze nel campo della chimica computazionale, al fine di saper scegliere ed applicare una varietà di tecniche e valutare la loro affidabilità per trattare problemi di interesse chimico. Argomenti trattati: basi quantistiche della chimica teorica (separazione dei moti, approssimazione di Born-Oppenheimer, teoremi variazionali, teoria delle perturbazioni); descrizione e studio delle superfici di energia potenziale (tecniche per la ricerca di minimi e punti di sella, stati vibrazionali nell'approssimazione armonica); interazioni intermolecolari (elettrostatica, induzione, dispersione, repulsione); metodi di Molecular Mechanics; antisimmetria delle funzioni d'onda e correlazione elettronica; metodi quantistici (Hartree-Fock, Interazione di Configurazioni, Multi-Configurational Self-Consistent Field, Møller-Plesset, Density Functional Theory, basi di funzioni atomiche, Effective Core Potentials, analisi delle popolazioni).
    • Metodi Spettroscopici Avanzati (6 cfu)

      • Il corso si occupa di argomenti di spettroscopia molecolare non affrontati nel corso triennale in Chimica, ma che hanno rilevanza teorica e/o applicativa. Riguarda quindi argomenti avanzati di spettroscopie già trattate (fluorescenza, NMR) e basi di spettroscopie non trattate (ESR, Raman, fotoelettronica, dielettrica, Mossbauer). In particolare vengono affrontati i seguenti aspetti: Argomenti avanzati di spettroscopia NMR: dai principi all'approccio quantomeccanico, interazioni nucleari, cenni di NMR allo stato solido, metodi NMR per lo studio della dinamica molecolare. Principi ed applicazioni base della spettroscopia ESR. Argomenti avanzati di spettroscopia di fluorescenza: metodi stazionari e risolti nel tempo; anisotropia di fluorescenza. Principi della spettroscopia Raman vibrazionale e rotazionale. Principi della spettroscopia fotoelettronica. Principi ed applicazioni della spettroscopia dielettrica. Principi della spettroscopia Mossbauer.
    • Chimica Fisica Biologica (6 cfu)

      • Obiettivi formativi: conoscenza dei metodi e delle tecniche chimico fisiche idonee allo studio di struttura e funzioni delle macromolecole di interesse biologico. Tecniche chimico fisiche per lo studio della struttura e della conformazione delle macromolecole biologiche. Equilibri e cinetica del legame di leganti alle macromolecole biologiche. Regolazione dell'attività biologica. Transizioni conformazionali e folding reversibile. Equilibri di membrana e trasporto attraverso membrane biologiche.
  • Tesi e prova finale (42 cfu)

  • Laboratorio di Tecniche Chimiche Avanzate (9 cfu)

    • Il corso intende presentare agli studenti una varietà di tecniche avanzate nei campi della sintesi chimica, dell'analisi e del controllo, dell'indagine di proprietà molecolari e di materiali e della chimica computazionale. L'apprendimento delle tecniche sarà in larga parte individuale, mediante la pratica di laboratorio presso gruppi di ricerca. Le lezioni avranno carattere seminariale su argomenti selezionati.

      The course aims at introducing the students to a variety of advanced techniques in the fields of chemical synthesis, analysis and control, of the investigation of the properties of molecules and materials, and of computational chemistry. The learning will be mostly individual, through laboratory practice within research groups. The lectures will be in the form of seminars on selected topics.
  • 6 cfu a scelta nel gruppo GR2

    • Rosa di attività caratterizzanti di discipline chimiche industriali
    • Chimica Macromolecolare Industriale (6 cfu)

      • L’attività formativa intende fornire un’ampia visione dell’industria dei polimeri attuale con l’obiettivo principale di far apprendere i fondamenti chimici alla base della progettazione, della preparazione e dell’applicazione su larga scala industriale dei polimeri. Il corso richiamerà i principi generali della chimica industriale dei polimeri, soprattutto quelli di sintesi, ma anche quelli di origine naturale. Fornirà poi conoscenze più approfondite sulla progettazione molecolare, la sintesi e la caratterizzazione dei polimeri industriali a partire sia dai prodotti della petrolchimica che della chimica fine, che da fonti rinnovabili. Affronterà alcuni aspetti chimici catalitici e meccanicistici della preparazione e del ciclo di vita dei polimeri industriali; di questi esaminerà le principali proprietà chimico-fisiche, in vista dei possibili impieghi. Lo studente apprenderà i criteri di scelta dei prodotti e dei processi più moderni e vantaggiosi e conoscerà le problematiche connesse con la produzione su scala industriale e il suo impatto socio-economico e ambientale. Saprà inoltre definire correlazioni struttura-reattività e struttura-proprietà dei polimeri industriali in riferimento alle loro prestazioni in particolari settori applicativi.
    • Biotecnologie Industriali (6 cfu)

      • L’insegnamento si propone di fornire allo studente un’approfondita conoscenza degli strumenti biotecnologici industriali di base quali i processi di fermentazione industriale e bioconversione, mettendo in risalto le potenzialità applicative dei microorganismi nei processi volti alla produzione industriale di metaboliti e biomassa. Il programma sarà incentrato sulle modalità operative di conduzione dei bioprocessi, sui modelli cinetici e sulle basi metaboliche della formazione dei prodotti. Saranno quindi descritti alcuni processi fermentativi industriali e le applicazioni in ambito ambientale, biomedico ed alimentare dei prodotti.

  • Curriculum Chimico Analitico
  • Laboratorio di Chimica Analitica III (6 cfu)

    • Il corso di Laboratorio di Chimica Analitica III consentirà allo studente di acquisire e approfondire le modalità di approccio all’analisi di matrici organiche complesse, in particolare affrontando lo studio di campioni provenienti dal campo ambientale, alimentare, biomedico e dei beni culturali. Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di stabilire le potenzialità delle procedure analitiche utilizzate e di elaborare e valutare criticamente i dati e i risultati ottenuti.
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  • Chimica Analitica IV (6 cfu)

    • Lo scopo del Corso è fornire allo studente le conoscenze di base relative alle tecniche strumentali più importanti per lo studio e la caratterizzazione di interfasi e superfici, con particolare riguardo a: tecniche di spettroscopia laser (LIBS, LIF, Raman), tecniche a raggi X, spettroscopia elettronica per l’analisi chimica (ESCA), spettrometria di massa con sorgente a Glow Discharge (GDMS) e con ionizzazione secondaria (SIMS).
      Inoltre lo studente sarà introdotto a tecniche moderne di spettrometria di massa come Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) combinate a sistemi in linea per la separazione di analiti (per esempio cromatografia liquida). La combinazione della tecnica Laser Ablation con ICPMS sarà anche considerata durante il corso.
      A complemento, verranno anche trattate tecniche spettroscopiche basate su sorgenti di luce a sincrotrone per la caratterizzazione di campioni di diversa origine.
  • Chimica Analitica dei Beni Culturali (6 cfu)

    • Chimica Analitica dei Beni Culturali A. Questo corso intende fornire allo studente le conoscenze relative alla natura dei materiali che si possono incontrare nei beni culturali, con attenzione ai relativi processi di invecchiamento e degrado. Il corso pone poi l’attenzione a metodi indagine non invasivi e non distruttivi per l’identificazione e localizzazione dei materiali organici e inorganici in un dipinto e all’interno degli strati pittorici. Si approfondisce la conoscenza di tecniche analitiche spettroscopiche per la caratterizzazione di sistemi complessi, che vanno dalla microscopia ottica a quella elettronica, colore e colorimetria, spettrofotometria IR e tecniche di indagine che impiegano i raggi X. Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di operare una scelta ragionata della tecnica analitica appropriata per la caratterizzazione spettroscopica di manufatti artistici, e in particolare pittorici, sulla base della natura dell'oggetto di indagine e del tipo di informazione richiesta.
       
      Chimica Analitica dei Beni Culturali B. In questo corso lo studente viene introdotto all’applicazione di tecniche molecolari per la caratterizzazione di materiali organici in micro campioni pittorici presenti in miscele complesse e la comprensione del loro stato di degrado. Prevalentemente verrà posta l’attenzione su tecniche di indagine e procedure analitiche basate sulla spettrometria di massa e cromatografia, tra cui SIMS, GC-MS e Py-GC-MS, reazioni termicamente assistite, e tecniche di proteomica basate su HPLC-MS e MALDI-MS. Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di operare una scelta ragionata della tecnica analitica appropriata per la caratterizzazione di materiali organici in funzione della natura dell'oggetto di indagine, della tipologia di campione e alla natura del problema analitico.
  • Chimica Inorganica II. (6 cfu)

    • Introduzione: l’ambiente in cui viviamo: temperatura, pressione, energia. Gli elementi: identità, abbondanza, stabilità. La tabella periodica.
      Le forze che tengono insieme gli atomi: il legame covalente, il legame ionico, il legame metallico. Interazioni deboli e forze repulsive.
      Le dimensioni delle particelle: i raggi atomici, i raggi covalenti, i raggi ionici, i raggi metallici, i raggi di van der Waals.
      Acidi e basi: Brønsted e Lowry, Lux-Flood, definizione basata sul solvente, Lewis, Usanovich. Forza acido-base: confronto tra ammine, affinità protonica e basicità in acqua, acidità degli alogenuri di idrogeno e degli acidi ossigenati in acqua, acidi e basi hard and soft.
      Solventi non acquosi: ammoniaca liquida, acido solforico, fluoruro di idrogeno e acidi magici, liquidi ionici.
      Reattività in campo inorganico. Le reazioni dei composti di coordinazione. Labilità e inerzia dei complessi. Reazioni di sostituzione. Reazioni di trasferimento elettronico. Reazioni a stampo. Reazioni di attacco al legante coordinato. Reazioni di inserzione. Argomento monografico:
      alcuni aspetti della chimica del biossido di carbonio (cenni alla fotosintesi e al ciclo del carbonio, proprietà e comportamento di CO2 in acqua, i complessi del biossido di carbonio, l’anidrasi carbonica).
  • Chimica Organica III con esercitazioni in aula (6 cfu)

    • Il programma del corso si articola nei seguenti argomenti
      - Formazione di legami C-C e C-eteroatomo: alcheni coniugati di I, II e III specie; loro formazione e loro reattività in reazioni di sostituzione e di condensazione con metodologie classiche ed avanzate
      - Reazioni di cicloaddizione e cicloreversione: concetti generali, nomenclatura, loro studio mediante trattazione degli orbitali molecolari e regole di selezione di Woorward-Hoffmann
      - Reazioni a trasferimento di idruro: concetti generali, trasferitori organici ed inorganici
      - Processi di ossidazione non convenzionali: DMSO...

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