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Maria Cristina MENZIANI
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Chimica fisica dei sistemi naturali
Didattica e comunicazione delle scienze (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Lo scopo dell’insegnamento è di fornire agli studenti le basi chimico-fisiche necessarie per una conoscenza critica dei principi che governano importanti questioni globali quali quella energetica, climatica e inquinamento da plastica.
Le lezioni frontali saranno coadiuvate da mezzi multimediali (banche dati specifiche e semplici programmi di grafica molecolare e modellistica computazionale) allo scopo di fornire la conoscenza di strumenti utili a facilitare la comprensione e successiva divulgazione dei concetti astratti acquisiti, permettano ai laureati di promuovere la sensibilizzazione verso le principali problematiche ambientali attraverso l’impiego di un rigoroso linguaggio scientifico che permetta una descrizione obiettiva delle cause e degli effetti.
Orario di ricevimento: Martedi ore 16-18 o su richiesta tramite e-mail.
Prerequisiti
L’insegnamento richiede la conoscenza dei principi di chimica generale.
Programma del corso
1 CFU (8 ore). Introduzione all’insegnamento. Il concetto di energia nelle sue varie forme; impatto ambientale dell'utilizzo di risorse per la produzione di energia; relazione tra energia e componenti biotiche e abiotiche dell’ambiente. Termodinamica nei processi chimici: entalpia, entropia ed energia libera ed i principi che le correlano tra loro e con le variabili di sistema.
1 CFU (8 ore). Risorse per la produzione di energia: impatto ambientale prodotto dal loro utilizzo. Combustibili fossili ed energie alternative. Conversione diretta dell'energia solare. Altre forme di energie rinnovabili. Combustibili biologici. Produzione di energia nei processi metabolici.
1 CFU (8 ore). Potenziale chimico. Equilibrio chimico. Sistemi ad uno e più componenti, equilibri di fase e diagrammi di stato. Soluzioni e pH. Equilibrio chimico nei processi di acidificazione degli oceani e loro conseguenze ambientali.
1 CFU (8 ore). Reattività chimica: Velocità e ordine di reazione. Dipendenza dalla temperatura, Energia di attivazione. Catalisi omogenea ed eterogenea ed azione degli enzimi. Enzimi per la produzione e degradazione della plastica.
1 CFU (8 ore). Struttura atomica e molecolare: relazioni struttura-proprietà. Forze intermolecolari, interazioni e legami, riconoscimento molecolare in bio-sistemi. Fondamenti dei principali metodi multimediali per la rappresentazione e caratterizzazione di strutture e reattività molecolari e degli strumenti per la ricerca in banche dati di interesse chimico e biochimico.
Metodi didattici
Sono previste lezioni frontali in aula e dimostrazioni laboratoriali al computer (facoltative) con coinvolgimento attivo degli studenti che dovranno lavorare sia in gruppo sia autonomamente.
Se possibile verranno organizzate attività seminariali tenute da specialisti del settore.
Gli studenti che non possono frequentare devono contattare il docente, che fornirà indicazioni su specifici argomenti integrativi da studiare sui libri di testo.
Testi di riferimento
Non ci sono testi obbligatori. Sono forniti gli appunti sotto forma di diapositive sulla piattaforma Teams.
Testo consigliato: N. Armaroli, V. Balzani Energia per l'astronave terra. Zanichelli
Per approfondimenti un testo a scelta tra:
P Atkins, J. de Paula Elementi di chimica fisica. Zanichelli
R. Chang Chimica Fisica 1. Zanichelli
P Atkins, J. de Paula Chimica fisica biologica 1 e 2 Zanichelli
Verifica dell'apprendimento
La verifica finale dell’apprendimento prevede un colloquio, della durata di circa 30m, che consiste nella discussione di un argomento a scelta e una o due domande aperte poste dal docente. Durante il colloquio verranno valutate a) le conoscenze acquisite (fino al 35% del voto finale), b) le capacità di applicare le conoscenze acquisite (35%), c) le capacità di formulare giudizi indipendenti (20%), e d) le capacità comunicative maturate dallo studente (10%).
Conoscenza basilare degli argomenti e capacità parziale di applicare la conoscenza voto minimo (18/30), conoscenza piena degli argomenti e capacità ottima di applicare la conoscenza voto massimo (30/30 e lode), graduazione dei voti intermedi in base al raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi, compresi quelli trasversali, dimostrata durante la prova d’esame.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione.
Conoscere le differenti forme di energia; comprendere come gli esseri umani generano energia e i conseguenti effetti sul bilancio energetico della Terra; conoscere le leggi della termodinamica che regolano i fenomeni di interconversione dell’energia, conoscere l’equilibrio chimico e l’effetto dei cambiamenti di pH sull’ambiente; conoscere la reattività, la velocità di reazione e la catalisi;
conoscere basi dei principali metodi multimediali per la rappresentazione di strutture e reattività molecolari.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Discutere le leggi di trasformazione dell’energia; analizzare le principali fonti energetiche e discutere le conseguenze ambientali dovute al loro utilizzo; discutere e analizzare i vantaggi/svantaggi delle energie alternative; discutere e analizzare le alterazioni degli equilibri chimici e le conseguenze ambientali; discutere la struttura chimica delle plastiche, bioplastiche in relazione alla loro proprietà di biodegrabilità.
Autonomia di giudizio.
Valutare in autonomia i punti chiave degli argomenti trattati; sostenere una discussione costruttiva sui concetti appresi.
Abilità comunicative.
utilizzare un linguaggio scientifico accurato ed appropriato nell’ambito di studio e tradurre concetti anche complessi in un linguaggio comprensibile al non-specialista garantendo la correttezza delle informazioni fornite; sostenere un contradditorio.
Capacità di apprendimento.
Utilizzare in autonomia e in modo adeguato le conoscenze e gli strumenti metodologici acquisiti per provvedere autonomamente ad un loro adeguato e continuo aggiornamento.