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Marco BORSARI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Elettrochimica
Chimica (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Fornire allo studente concetti fondamentali relativi alla termodinamica e alla cinetica di reazioni di trasferimento elettronico in fase omogenea ed eterogenea. Mettere in grado lo studente di affrontare e risolvere problematiche connesse ai processi elettrodici e all'uso di tecniche elettrochimiche.
Prerequisiti
concetti di base del calcolo differenziale e integrale, di chimica generale e stechiometria.
Programma del corso
Marco Borsari:
Orario di ricevimento:
martedì - venerdì dalle 14 alle 15
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche, via Campi 103, 41125 Modena
Studio docente
sito docente
http://www.chimica.unimore.it/on-line/Home/Personale/scheda11000757.html
Termodinamica del trasferimento elettronico:
Potenziale chimico e elettrochimico, equazione di Nernst, elettrodi e loro classificazione, conversione chimica e elettrochimica dell’energia, pile, celle a combustibile.
Struttura e proprietà delle interfasi:
concetto di interfase, termodinamica dell’interfase, isoterma di Gibbs, equazione elettrocapillare, tensione superficiale e capacità differenziale, modelli di interfase (Helmholtz, Gouy-Chapman, Stern), adsorbimento specifico e non specifico, isoterme di adsorbimento (Henry, Langmuir, Frumkin), cinetica di adsorbimento (equazione di Avrami), processi di nucleazione e accrescimento.
Cinetica del trasferimento elettronico:
cinetica di trasferimento elettronico, meccanismi inner-sphere, outer-sphere e dissociativo, teoria di Marcus del TE adiabatico e non adiabatico, energia di riorganizzazione, regola d’oro di Fermi, tunneling elettronico.
Elettrodica:
elettrodica, teoria cinetica, energia di attivazione nei processi di trasferimento elettrodico, coefficiente di trasferimento elettrodico, corrente di scambio, equazione generale del trasferimento elettrodico, equazione di Butler-Volmer, equazione di Tafel, teoria del trasferimento di massa, equazioni di Fick.
1-2 esercitazioni pratiche
Metodi didattici
Lezioni frontali e esercitazioni di laboratorio
Testi di riferimento
A.J. Bard and L.R. Faulkner, Electrochemical Methods, Wiley, New York, 1980
Verifica dell'apprendimento
Procedure per l'esame.
Il test di profitto consiste in una prova orale sugli argomenti trattati a lezioni.
Generalmente l'esame consiste in quattro domande: una relativa alla termodinamica elettrochimica e alle sue applicazioni (batterie, celle a combustibile), la seconda sulla cinetica dei processi di trasferimento elettronico, la terza riguarda le Interfasi da un punto di vista termodinamico e cinetico e infine il l'ultima è relativa alla cinetica di trasferimento elettronico sull'elettrodo.
Verranno valutati il livello di conoscenza teorica (50%), la capacità di applicare le proprie conoscenze (30%), autonomia di giudizio (10%) e capacità comunicative (10%).
Risultati attesi
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Tramite lezioni in aula, esercitazioni guidate, discussioni e brainstorming apprende
- la termodinamica e cinetica dei processi redox;
- una metodica che consenta l’uso degli strumenti elettrochimici per la soluzione di problemi scientifici;
- il ruolo dell’elettrochimica nella chimica applicata
comprende
- come elaborare modelli chimico-fisici da applicare ai problemi del trasferimento elettronico (TE);
- quali sono le variabili che controllano cinetica e termodinamica del TE;
- come stabilire relazioni struttura-proprietà elettrochimiche.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Tramite discussioni e esercitazioni in lab applica i concetti appresi per
- progettare sistemi elettrochimici, es. batterie;
- studiare le proprietà di TE di molecole organiche o complessi di ioni metallici;
- studiare le proprietà delle interfasi elettrificate e dei fenomeni di adsorbimento;
Autonomia di giudizio
Tramite le discussioni in aula e l’esame orale migliora e amplia le proprie capacità di
- valutazione critica dei risultati sperimentali ottenibili con tecniche elettrochimiche
- progettare dispositivi elettrochimici
- prevedere il comportamento di sistemi redox in diversi contesti fisici
Abilità comunicative
Le discussioni in aula consentono di sviluppare la capacità di esprimere le proprie idee in maniera chiara sviluppando un linguaggio sintetico e preciso, attraverso l’esame orale lo studente ha la possibilità di esporre e discutere contenuti e concetti studiati con opportuno linguaggio scientifico.
Capacità di apprendimento
Le attività descritte, le discussioni guidate, le applicazioni di laboratorio e lo studio permettono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici necessari per potere approfondire specifici argomenti e affrontare e risolvere problemi connessi ai processi redox.