Chimica per l'industria e l'ambiente

Università degli Studi di Pisa
A Pisa

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  • Laurea
  • Pisa
Descrizione

Il Corso di Laurea in Chimica per l'Industria e l'Ambiente (CIA) ha, come obiettivo generale, la formazione di una figura di chimico munito di un solido bagaglio culturale e professionale, sia teorico che sperimentale e applicativo, specificatamente progettato in relazione alle moderne realtà industriali chimiche e alle loro implicazioni ambientali. Di conseguenza, il laureato in CIA possiederà una formazione scientifica e tecnica rispondente ai requisiti utili ad un immediato inserimento nel mondo del lavoro, oltre che ad accedere ai livelli di studio universitario superiori al primo.
Secondo gli obiettivi formativi specifici prefissi, il laureato in CIA:
- conoscerà i principi e i metodi della chimica e le loro applicazioni all’industria e all’ambiente;
- conoscerà i fondamenti della chimica industriale, delle connessioni prodotto-processo e dello sviluppo chimico sostenibile e compatibile con l’ambiente;
- comprenderà le esigenze delle attività produttive chimiche e dei servizi;
- saprà individuare le evoluzioni delle tecnologie e dei materiali;
- potrà inserirsi nel mondo del lavoro, possedendo gli strumenti idonei a varie attività professionali. Il Corso prevede un curriculum unico: “Industriale”. L’attività didattica si basa su lezioni, esercitazioni ed esperienze di laboratorio, in modo da integrare teoria ed esperienza e quindi abituare lo studente al rigore scientifico applicato a problematiche chimiche industriali di attualità. La prova finale consiste in un esame orale, in cui lo studente espone e discute l’argomento della tesi elaborata e scritta a seguito dell’attività svolta in un laboratorio di ricerca universitario, o a seguito del tirocinio svolto presso un’azienda o struttura pubblica o privata.

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

  • Abilità informatiche (3 cfu)

    • Il corso fornisce le conoscenze informatiche teorico/pratiche sui seguenti argomenti: videoscrittura, web, analisi dei dati. Si presuppone come prerequisito un livello conoscitivo di base del sistema operativo Windows e delle operazioni elementari di gestione dei file.
      Nell’ambito della videoscrittura verranno analizzate la funzionalità di base e alcune delle funzionalità avanzate del programma Microsoft Word con l’obiettivo di fornire le competenze necessarie alla realizzazione di documentazione strutturata comprendente testo, immagini, tabelle, formule, indici e sommari e formattazione, anche in previsione della realizzazione di elaborati e della tesi di laurea.
      Nell’ambito del web verranno affrontate varie tematiche: la struttura delle reti di computer, i protocolli di comunicazione nelle reti, gli strumenti per la visualizzazione e la navigazione degli ipertesti, la ricerca delle informazioni nel web, al fine di favorire l’utilizzo della rete come strumento di studio, di lavoro e di ricerca. Inoltre verranno fornite le basi del linguaggio HTML per la costruzione di pagine di ipertesto e l’utilizzo di strumenti open source per la realizzazione stessa delle pagine.
      Nell’ambito dell’analisi dei dati verranno affrontate due tematiche principali: l’utilizzo di fogli di calcolo e quello dei data base per i quali si farà riferimento ai programmi Microsoft Excel e Microsoft Access. In particolare si utilizzeranno le funzioni avanzate di Excel, quali le tabelle pivot, per l’analisi multidimensionale dei dati. Dove sia possibile si farà riferimento ad esempi di risoluzione di problemi nell’ambito della chimica.
  • Fisica Generale I e Laboratorio (9 cfu)

    • Obiettivi principali del corso sono: i) illustrare concetti e leggi fondamentali della meccanica del punto materiale, di sistemi di punti, del corpo rigido e dei sistemi materiali continui; ii) applicare estensivamente tali concetti alla soluzione di problemi di fisica attraverso lo sviluppo di opportuni modelli interpretativi; iii) fornire agli studenti le basi per ulteriori approfondimenti di carattere tecnico e scientifico che richiedano conoscenze di base di fisica classica (meccanica); iv) realizzare e studiare semplici esperimenti di fisica classica finalizzati a verificare nella pratica la misura di grandezze fisiche e le problematiche connesse.
  • Istituzioni di Matematica I (12 cfu)

    • Acquisizione delle conoscenze e competenze di base riguardanti i fondamenti teorici e applicativi del calcolo differenziale e dell’algebra lineare.
      Introduzione: Il linguaggio della Matematica. Cenni di teoria degli insiemi. Numeri naturali, interi, razionali. Assiomi dei
      numeri reali. Il concetto di funzione. Calcolo combinatorio. L’anello dei polinomi. Numeri complessi.
      Geometria e algebra lineare: Cenni di geometria nel piano e nello spazio. Prodotto scalare, ortogonalita’. Equazioni della retta. Luoghi geometrici, coniche. Sistemi lineari, metodo di eliminazione di Gauss. Spazi vettoriali, dipendenza lineare.
      Generatori e sottospazi. Applicazioni lineari e matrici. Determinanti. Autovalori e autovettori.
      Calcolo differenziale: Funzioni di variabile reale. Limiti di funzioni e funzioni continue. Derivate e applicazioni. Funzioni monotone, concavita’ e flessi. Determinazione degli zeri di una funzione. Metodo di bisezione e di Newton.
      Approssimazione polinomiale: polinomio di Taylor. Infinitesimi e infiniti. Studio di funzioni. L’integrale definito. Proprieta’ dell’integrale definito. Il teorema della media. Integrali indefiniti. La funzione integrale, il teorema fondamentale del calcolo integrale. Integrazione delle funzioni razionali. Integrazione per parti, cambiamento di variabili. Integrali impropri.
      Equazioni differenziali: Equazioni differenziali del primo ordine: lineari, di Bernoulli, a variabili separabili. Problema di Cauchy, esistenza e unicita’ delle soluzioni. Sistemi differenziali lineari del primo ordine.
      Equazioni differenziali lineari di ordine superiore al primo.
      Cenni di calcolo in piu’ variabili: funzioni di piu’ variabili; continuità, differenziabilità. Integrali multipli; formula di Fubini; cambiamento di variabili.
      Applicazioni geometriche: lunghezze, aree, volumi, baricentri.
  • Chimica Inorganica e Laboratorio (9 cfu)

    • Il corso discute in maniera sistematica i vari elementi, presentati per gruppi, seguendo il loro ordine nella tabella periodica. Saranno presentate le proprietà dei principali composti degli elementi dei blocchi s e p dando rilievo ai composti inorganici di interesse industriale e riallacciandosi ai principi fondamentali presentati nel corso di Chimica Generale. Saranno introdotti alcuni concetti relativi alla chimica dei composti di coordinazione con esempi nel campo della chimica degli elementi di transizione.
      Il corso di Laboratorio ha lo scopo di avviare gli studenti alla sintesi, caratterizzazione e reattività di semplici composti inorganici e di coordinazione.
  • Chimica Organica I e Laboratorio (9 cfu)

    • Il corso si propone di far acquisire agli studenti le conoscenze di base della chimica organica, con particolare attenzione verso quelle essenziali per la comprensione dei processi organici industriali. Lo studio dei composti organici è affrontato esaminando la struttura e la reattività dei principali gruppi funzionali, evidenziando i meccanismi delle reazioni esaminate e gli eventuali problemi connessi con lo scale-up.
      Gli argomenti affrontati comprendono: la nomenclatura, la struttura e le reazioni di alcani, alcheni, alchini, alogenuri alchilici, alcoli, eteri ed epossidi, aldeidi e chetoni, acidi carbossilici e loro derivati, ammine.Verranno inoltre trattati principi di stereochi-mica; acidità e basicità dei composti organici; aspetti termo-dinamici e cinetici delle reazioni organiche considerate e loro meccanismi.
  • Chimica Generale ed Inorganica + Laboratorio (12 cfu)

    • Il corso presenta i concetti fondamentali della stechiometria, del legame chimico, dell’equilibrio e, più in generale, delle proprietà e della reattività degli elementi e dei composti. Particolare enfasi viene data alla deduzione delle proprietà di una sostanza sulla base della posizione che gli elementi costituenti occupano all’interno del sistema periodico.
      Il corso di laboratorio si prefigge lo scopo di approfondire gli argomenti di studio del corso di Chimica Generale mediante esercitazioni scritte e pratiche. Inoltre, durante le esercitazioni di laboratorio, gli studenti avranno modo di acquisire le tecniche di base del lavoro sperimentale mediante la realizzazione di esperimenti che sono l’applicazione e la verifica di concetti affrontati durante le lezioni in aula.
  • Scelta Studente 1 (3 cfu)

    • La ripartizione dei crediti a scelta dello studente su tre gruppi viene suggerita per un migliore bilanciamento dei CFU sulle tre annualità. I piani di studio in cui i crediti a scelta dello studente
      vengono acquisiti attraverso le attività specifiche indicate nei due gruppi saranno approvati automaticamente.
      Potranno essere presentati piani di studio che prevedono ripartizioni diverse dei CFU a scelta, tra cui una sola attivita' da 12 CFU, tra quelle offerte dall’Ateneo, purche’ compatibile con le finalita’ del percorso formativo dello studente.
      Le attivita' consigliate al primo anno sono quelle del gruppo "Attività consigliate per la scelta libera: gruppo 1"
  • Chimica Fisica Industriale e Laboratorio (12 cfu)

    • Il corso si propone di fornire un'adeguata conoscenza dei concetti fondamentali della termodinamica chimica in modo da consentire una loro applicazione ai processi chimico-fisici, stabilendone la direzione spontanea e le condizioni finali di equilibrio. L’applicazione di tali concetti ai sistemi reali consentirà di acquisire le conoscenze necessarie allo studio dei processi industriali, sia per quanto riguarda le trasformazioni fisiche che quelle chimiche, facendo anche uso di modelli empirici e semiempirici per la stima delle proprietà termodinamiche di sistemi complessi. Gli aspetti evolutivi dei sistemi saranno affrontati con un approccio cinetico di base in modo da comprendere i meccanismi delle trasformazioni chimiche.
      Il corso si propone inoltre di far familiarizzare lo studente con le tematiche indicate attraverso esercitazioni numeriche e, a questo scopo, si integra con opportune esperienze di laboratorio.
      In quest’ultimo ambito trova collocazione anche lo studio di talune proprietà meccaniche ed ottiche di interesse chimico-fisico.
  • Scelta Studente 2 (3 cfu)

    • La ripartizione dei crediti a scelta dello studente su tre gruppi viene suggerita per un migliore bilanciamento dei CFU sulle tre annualità. I piani di studio in cui i crediti a scelta dello studente
      vengono acquisiti attraverso le attività specifiche indicate nei due gruppi saranno approvati automaticamente.
      Potranno essere presentati piani di studio che prevedono ripartizioni diverse dei CFU a scelta, tra cui una sola attivita' da 12 CFU, tra quelle offerte dall’Ateneo, purche’ compatibile con le finalita’ del percorso formativo dello studente.
      Le attivita' consigliate al primo anno sono quelle del gruppo "Attività consigliate per la scelta libera: gruppo 2"
  • Chimica Analitica e Laboratorio (9 cfu)

    • Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti gli strumenti necessari per impostare correttamente problemi di tipo analitico e risolverli appropriatamente. Il corso si occupa dell’analisi di sistemi chimici in soluzione con particolare riguardo ai sistemi ionici.
      Reazioni di trasferimento protonico. Acidi e basi coniugati. Sistemi di acidi e basi poliprotici. Caratteristiche delle curve di titolazione. Curve di distribuzione delle specie. Determinazioni delle concentrazioni delle specie in un sistema acido-base. Sistemi acido-base complementari: tamponi e indicatori. Reazioni di complessazione. Complessazione per stadi. Costanti di equilibrio individuali e complessive. Costanti di equilibrio apparenti (o condizionali). Reazioni accoppiate alle reazioni di complessazione e loro influenza sulle costanti apparenti (effetto della acidità e di complessanti ausiliari). Leganti polidentati. Effetto della chelazione.
      Reazioni di precipitazione. Definizione di solubilità, solubilità degli elettroliti, prodotto di solubilità. Dipendenza della solubilità da pH, eccesso di ioni comuni, agenti complessanti, forza ionica, temperatura.
      Reazioni di trasferimento elettronico. Sistemi redox. Variazione di energia libera e forza elettromotrice. Il potenziale di giunto liquido. Elettrodi indicatori ed elettrodi di riferimento. Il ponte potenziometrico. Misura del pH di una soluzione. Metodi di taratura dell’elettrodo a vetro. Titolazioni potenziometriche.
      Valutazione degli errori. Valutazione dell’errore di titolazione attraverso la conoscenza della frazione titolata.
  • Chimica Fisica e Laboratorio (6 cfu)

    • Durante il corso verranno fornite le basi teoriche e sperimentali della spettroscopia e, in particolare, delle tecniche spettroscopiche più importanti. I principali argomenti includeranno: introduzione alla spettroscopia, caratteristiche generali degli spettri, cenni di struttura atomica e molecolare, spettroscopia UV-Visibile, cenni di spettroscopia fotoelettronica, spettroscopia di fluorescenza, spettroscopia IR, spettroscopia NMR. Esperienze con connotazione didattica verranno svolte durante il laboratorio per le spettroscopie NMR, UV-visibile, fluorescenza e IR.
      Gli studenti acquisiranno le basi teoriche che consentano di comprendere i processi fondamentali alla base delle spettroscopie e delle loro applicazioni, anche in campo industriale. Conseguiranno inoltre una sufficiente abilità nell’interpretazione degli esperimenti più semplici realizzati mediante le varie tecniche spettroscopiche, per applicazioni che riguardano soprattutto determinazioni di strutture chimiche e, in parte, processi dinamici a livello molecolare.
  • Scienza e Tecnologia per l'Ambiente (6 cfu)

    • Il corso sarà incentrato sulle norme ambientali e loro evoluzione in materia d'aria, acque, suolo, rifiuti. Controllo dell’inquinamento e soluzione dei problemi. Metodologie di campionamento ed analisi in matrici ambientali. Inoltre si studieranno casi pratici in relazione a: ecosistema aria (emissioni, immissioni e ambiente di lavoro); ecosistema acque (classificazione, problematiche di controllo e trattamento); rifiuti: definizioni, classificazione e gestione delle problematiche di recupero, trattamento e smaltimento).
  • Fisica Generale II e Laboratorio (9 cfu)

    • Obiettivi principali del corso sono: i) illustrare concetti e leggi fondamentali della meccanica dell’elettrostatica e dell’elettromagnetismo nel vuoto ed accennare al comportamento elettrico dei mezzi materiali; ii) applicare estensivamente tali concetti alla soluzione di problemi di fisica attraverso lo sviluppo di opportuni modelli interpretativi; iii) fornire agli studenti le basi per ulteriori approfondimenti di carattere tecnico e scientifico che richiedano conoscenze di base di fisica classica (elettromagnetismo); iv) discutere le leggi fondamentali dell’ottica geometrica ed ondulatoria.
  • Biochimica (6 cfu)

    • Il corso ha lo scopo di fornire agli studenti le nozioni di base chimiche e fisico-chimiche che governano le funzioni biologiche, dai processi di trascrizione e traduzione dell’informazione genica al metabolismo cellulare.
      Nel corso vengono descritte le caratteristiche distintive di cellule procariotiche ed eucariotiche fornendo elementi di base dei processi di duplicazione e trascrizione del DNA nonché del processo di biosintesi delle proteine; vengono inoltre affrontati argomenti relativi allo studio della struttura e della funzione delle proteine prendendo a modello molecole come l’emoglobina, la mioglobina e gli enzimi in generale. Come esempio di integrazione metabolica, vengono presi in considerazione il catabolismo e l’anabolismo degli zuccheri, e la loro regolazione, in relazione al fabbisogno energetico cellulare.
  • Chimica Organica II e Laboratorio (9 cfu)

    • Il Corso si propone di affrontare i seguenti argomenti:
      Sintesi e reattività di composti aromatici ed eteroaromatici funzionalizzati e non, con opportuni riferimenti a derivati aromatici di interesse industriale.
      Glicosidi: caratterizzazione, processi di sintesi, reattività (gruppi protettivi), stereochimica.
      Disaccaridi e polisaccaridi: strutture, caratterizzazioni e interesse industriale (maltosio, cellobiosio, lattosio, saccarosio, ciclodestrine, amido, cellulosa e cotone)
      Nel corso di Laboratorio verranno realizzati sperimentalmente alcuni processi sintetici descritti nel corso teorico e verranno inoltre purificati i prodotti sintetizzati.
  • Scienza delle Macromolecole A + B (6 cfu)

    • Il corso fornira’ agli studenti le conoscenze di base sulle principali caratteristiche dei sistemi macromolecolari, sulle metodiche di determinazione dei pesi molecolari, sulle diverse tecniche di polimerizzazione e sui principali parametri che influenzano le cinetiche di polimerizzazione.
      Il corso fornisce anche gli elementi principali della tecnologia dei materiali polimerici:
      Proprietà dei polimeri sintetici per la formulazione ed il processamento di materiali semplici e compositi.
      I polimeri amorfi e semicristallini. Relazioni struttura-proprietà: parametri molecolari che determinano il valore della Tg per un polimero. La cristallinità nei materiali polimerici: strutture ordinate, le celle cristalline, i cristalli lamellari, gli sferuliti. Temperatura di fusione termodinamica: fattori entalpici e fattori entropici. Comportamento viscoelastico dei materiali polimerici.
      Lavorazione dei materiali polimerici: termoplastici, termoindurenti, compositi.
      Pertanto lo studente acquisirà gli aspetti della chimica delle macromolecole, delle loro caratteristiche chimico-fisiche e della loro sintesi in relazione alle loro proprieta’ e delle macromolecole come sistemi e materiali polimerici.
  • Tecnologie Industriali (6 cfu)

    • Il corso ha l'obiettivo di fornire le basi per la conoscenza dei più comuni processi di produzione e trasformazione nell’industria della carta e del cartone e della concia. Si propone inoltre di introdurre alcuni elementi impiantistici della manifattura industriale.
      Lo studente conoscera’ le paste per carta, soffermandosi sullo studio della materia fibrosa, delle varie tipologie e dei vari processi di raffinazione delle paste. Inoltre apprendera’ la morfologia e la classificazione della pelle e i suoi componenti chimici, lo schema sintetico di un processo conciario e le problematiche ambientali connesse.
  • Chimica Analitica Strumentale e Laboratorio (9 cfu)

    • Obiettivi generali del corso di insegnamento: far acquisire allo studente le conoscere relative aiprincipi teorici, strumentali ed applicativi delle principali tecniche strumentali utilizzate in chimica analitica.
      Elementi di statistica: Errori casuali e sistematici. Distribuzione delle medie. Intervallo di confidenza. Limiti di confidenza. Test di significatività. Outliers. Esercitazioni sui test di significatività.
      Tecniche voltammetriche e polarografiche: Generalità sulle tecniche polarografiche e voltammetriche. Polarografia d.c.. Equazione di Ilkovic. Corrente capacitiva. Tecniche ad impulsi. Voltammetria di stripping anodico. Confronto dei limiti di rivelabilità. Campi di applicabilità.
      Tecniche Cromatografiche: Generalità sulle tecniche separative e loro classificazione. La teoria dei piatti: Fattore di capacità e fattore di risoluzione. Efficienza di una colonna cromatografica. Parametri caratteristici di un picco cromatografico. Forma gaussiana della curva di eluizione. Teoria delle velocità. Equazione di Van Deemter e sue implicazioni. Programmata di temperatura in GC. Gradiente di eluizione in HPLC. Sistemi di iniezione. Impiego della spettrometria di massa.
      Controllo di qualità del dato analitico:Introduzione al controllo di qualità del dato analitico. Tracciabilità del campione. Controllo analitico interno. Campioni di riferimento certificati. Campioni di riferimento “spiked”. Esercizi di intercalibrazione. Standard interno ed esterno. Curve di calibrazione. Prove in “bianco”. Carte di controllo.
      Introduzione alla spettro(foto)metria. Spettri atomici e molecolari. Larghezza delle righe atomiche. Legge di Beer-Lambert.
      Spettrofotometria UV-vis: sorgenti, monocromatore, rivelatori. Rapporto segnale/rumore, modulazione dei segnali. Motivi di deviazione dalla legge di Beer-Lambert.
      Spettrofotometria atomica: sorgenti, atomizzatore a fiamma, atomizzatore elettrotermico, torcia al plasma, correzione degli assorbimenti non specifici.
  • Principi di Chimica Industriale e Laboratorio (9 cfu)

    • Principi generali dei processi chimici industriali, scelta e controllo dei parametri operativi, bilanci di materia ed energia....

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