Elettrochimica
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire un'approfondita preparazione culturale nei diversi aspetti dell'elettrochimica, sia teorica sia sperimentale, oltre ad una padronanza del metodo scientifico di indagine e ad un'ampia autonomia nell'ambito della progettazione di processi elettrochimici.
In questo contesto, l'insegnamento si propone di richiamare le nozioni di base della termodinamica e cinetica elettrochimica e di fornire agli studenti approfondimenti specifici sui parametri che controllano i processi elettrolitici, sia per la trasformazione dell'energia chimica in energia elettrica sia per la trasformazione dell'energia elettrica in energia chimica. Inoltre, scopo dell'insegnamento è che gli studenti acquisiscano conoscenze e comprendano i processi elettrochimici innovativi applicati alla conversione dell'energia ed ai trattamenti ambientali.
In questo contesto, l'insegnamento si propone di richiamare le nozioni di base della termodinamica e cinetica elettrochimica e di fornire agli studenti approfondimenti specifici sui parametri che controllano i processi elettrolitici, sia per la trasformazione dell'energia chimica in energia elettrica sia per la trasformazione dell'energia elettrica in energia chimica. Inoltre, scopo dell'insegnamento è che gli studenti acquisiscano conoscenze e comprendano i processi elettrochimici innovativi applicati alla conversione dell'energia ed ai trattamenti ambientali.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente sapra' definire e calcolare i potenziali dei semielementi galvanici e di cella, comprendere i parametri che incidono sulle sovratensioni, l'effetto del solvente e dell'elettrolita, ed i parametri fondamentali della legge limite di Debye-Huckel; sapra' utilizzare l'equazione di Butler Volmer e della retta di Tafel. Comprendera' l'uso di semiconduttori come elettrodi. Padroneggera' i processi di conversione dell'energia e dei processi a membrana
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
I contenuti del corso sono:
· reversibilità pratica, elettrochimica e termodinamica;
· termodinamica della cella galvanica;
· i potenziali di Volta, di superficie e Galvani; il potenziale elettrochimico;
· formazione del doppio strato elettrico; termodinamica dell'interfase: la curva elettrocapillare. I modelli di Helmholtz, Guy-Chapmann e Stern. Adsorbimento di anioni. I grafici della densità di eccesso di carica superficiale in funzione della polarizzazione.
· La teoria di Debye Huckel. La legge limite e la legge estesa. I limiti della teoria di D-H.
· La cinetica elettrochimica: equazione di Butler Volmer e retta di Tafel. Le curve di Morse. Il fattore di simmetria e la densità di corrente di scambio.
· Reazioni di trasferimento elettronico multistep-multielettronica. Il coefficiente di trasferimento.
· La densità di corrente limite.
· Elettrodi a semiconduttori: il piegamento delle bande. La fotoelettrochimica.
· Sistemi avanzati di conversione dell'energia.
· Processi a membrana: elettrodialisi ed elettro-elettrodialisi.
· I processi di elettrossidazione con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti.
· I diagrammi di Pourbaix
Esperienze di laboratorio
· La conversione di energia: elettrolisi dell'acqua e pila a combustibile.
· Elettrodeposizione del rame.
· Elettro-elettrodialisi di una soluzione di solfato di sodio.
· Elettro-ossidazione di inquinanti modello organici con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti
· reversibilità pratica, elettrochimica e termodinamica;
· termodinamica della cella galvanica;
· i potenziali di Volta, di superficie e Galvani; il potenziale elettrochimico;
· formazione del doppio strato elettrico; termodinamica dell'interfase: la curva elettrocapillare. I modelli di Helmholtz, Guy-Chapmann e Stern. Adsorbimento di anioni. I grafici della densità di eccesso di carica superficiale in funzione della polarizzazione.
· La teoria di Debye Huckel. La legge limite e la legge estesa. I limiti della teoria di D-H.
· La cinetica elettrochimica: equazione di Butler Volmer e retta di Tafel. Le curve di Morse. Il fattore di simmetria e la densità di corrente di scambio.
· Reazioni di trasferimento elettronico multistep-multielettronica. Il coefficiente di trasferimento.
· La densità di corrente limite.
· Elettrodi a semiconduttori: il piegamento delle bande. La fotoelettrochimica.
· Sistemi avanzati di conversione dell'energia.
· Processi a membrana: elettrodialisi ed elettro-elettrodialisi.
· I processi di elettrossidazione con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti.
· I diagrammi di Pourbaix
Esperienze di laboratorio
· La conversione di energia: elettrolisi dell'acqua e pila a combustibile.
· Elettrodeposizione del rame.
· Elettro-elettrodialisi di una soluzione di solfato di sodio.
· Elettro-ossidazione di inquinanti modello organici con elettrodi mineralizzanti e non mineralizzanti
Prerequisiti
Buona conoscenza della termodinamica classica e della cinetica chimica .
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula.
Sito Ariel per scaricare le slide discusse in aula
Sito Ariel per scaricare le slide discusse in aula
Materiale di riferimento
Verranno messe a disposizione sulla piattaforma ARIEL le presentazioni Power Point presentate e discusse a lezione.
Testi raccomandati:
· J.O.M. Bockris, A.K.N. Reddy "Modern Electrochemistry - 2A" Kluwer Academic Publishers;
· M. A. Brett and A. M. Oliveira Brett, "ELECTROCHEMISTRY: Principles, Methods, and Applications" Oxford University Press.
· Allen J. Bard, Larry R. Faulkner; "ELECTROCHEMICAL METHODS: Fundamentals and Applications" - Wiley and Sons INC, New York.
Testi raccomandati:
· J.O.M. Bockris, A.K.N. Reddy "Modern Electrochemistry - 2A" Kluwer Academic Publishers;
· M. A. Brett and A. M. Oliveira Brett, "ELECTROCHEMISTRY: Principles, Methods, and Applications" Oxford University Press.
· Allen J. Bard, Larry R. Faulkner; "ELECTROCHEMICAL METHODS: Fundamentals and Applications" - Wiley and Sons INC, New York.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Orale:
· verrà verificata la capacità di presentare, commentare e discutere i fenomeni e le equazioni presentate a lezione;
· verrà chiesto di discutere i grafici presentati a lezione, in relazione ai fenomeni elettrochimici che li determinano;
· sarà richiesta la capacità di risolvere esercizi e problemi connessi ai temi svolti;
· verranno discussi i risultati raccolti durante le esperienze di laboratorio e rielaborati in file excel da consegnare al docente prima dell'esame.
· verrà verificata la capacità di presentare, commentare e discutere i fenomeni e le equazioni presentate a lezione;
· verrà chiesto di discutere i grafici presentati a lezione, in relazione ai fenomeni elettrochimici che li determinano;
· sarà richiesta la capacità di risolvere esercizi e problemi connessi ai temi svolti;
· verranno discussi i risultati raccolti durante le esperienze di laboratorio e rielaborati in file excel da consegnare al docente prima dell'esame.
CHIM/02 - CHIMICA FISICA - CFU: 6
Laboratori: 16 ore
Lezioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docente:
Longhi Mariangela
Turni:
Turno
Docente:
Longhi MariangelaDocente/i