UNIVERSITÀ DEGLI STUDI PERUGIA
Corsi di laurea in Chimica
Anno accademico 2014-2015
PROGRAMMI DEI CORSI
DIPARTIMENTO DI CHIMICA BIOLOGIA E BIOTECNOLOGIE
PERUGIA - Via Elce di Sotto, 8
INDICE
LAUREA TRIENNALE IN CHIMICA............................................................................. 4
INSEGNAMENTI del I° ANNO - I° semestre........................................................................................ 4
CHIMICA GENERALE ED INORGANICA 1.................................................................................... 4
Modulo: CHIMICA GENERALE E INORGANICA....................................................................... 4
Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE.................................................................. 5
MATEMATICA 1................................................................................................................................. 5
FISICA 1 ............................................................................................................................................... 6
INGLESE .............................................................................................................................................. 7
INSEGNAMENTI del I° ANNO - II° semestre ...................................................................................... 7
CHIMICA GENERALE E INORGANICA 2 ...................................................................................... 7
CHIMICA ANALITICA....................................................................................................................... 8
MATEMATICA 2................................................................................................................................. 8
FISICA 2 ............................................................................................................................................... 9
INSEGNAMENTI del II° ANNO - I° semestre .................................................................................... 10
CHIMICA FISICA 1........................................................................................................................... 10
Modulo: CHIMICA FISICA 1........................................................................................................ 10
Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 1 ..................................................................... 11
CHIMICA INORGANICA ................................................................................................................. 11
Modulo: CHIMICA INORGANICA .............................................................................................. 11
Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA INORGANICA ........................................................... 12
INSEGNAMENTI del II° ANNO - II° semestre ................................................................................... 13
CHIMICA ORGANICA 1 .................................................................................................................. 13
Modulo: CHIMICA ORGANICA 1 ............................................................................................... 13
Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA 1............................................................. 13
CHIMICA ANALITICA STRUMENTALE ...................................................................................... 14
INFORMATICA................................................................................................................................. 15
INSEGNAMENTI del III° ANNO - I° semestre ................................................................................... 15
CHIMICA FISICA 2........................................................................................................................... 15
Modulo: CHIMICA FISICA 2........................................................................................................ 15
Modulo:LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 2 ...................................................................... 16
CHIMICA ORGANICA 2 .................................................................................................................. 17
Modulo: CHIMICA ORGANICA 2 ............................................................................................... 17
Modulo: LABORATORIO CHIMICA ORGANICA 2.................................................................. 18
CHIMICA BIOLOGICA .................................................................................................................... 18
INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI – II° e III° ANNO - II° semestre ....................... 19
CHIMICA AL CALCOLATORE....................................................................................................... 19
CHIMICA DELL’ATMOSFERA....................................................................................................... 19
CHIMICA DELLO STATO SOLIDO................................................................................................ 20
CHIMICA DEL RESTAURO ............................................................................................................ 21
CHIMICA VERDE ............................................................................................................................. 21
FONDAMENTI DI CHIMICA QUANTISTICA............................................................................... 22
PROCESSI DI SUPERFICIE ............................................................................................................. 23
PROGETTAZIONE MOLECOLARE ............................................................................................... 23
SPETTROCHIMICA .......................................................................................................................... 24
SPETTROSCOPIA NMR ................................................................................................................... 24
2
LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE CHIMICHE................................................... 26
INSEGNAMENTI I° ANNO - I° semestre............................................................................................ 26
SCIENZE MOLECOLARI APPLICATE .......................................................................................... 26
SISTEMI NANOSTRUTTURATI ..................................................................................................... 26
MECCANISMI DELLE REAZIONI ORGANICHE ......................................................................... 27
ESPERIENZE PROFESSIONALI ..................................................................................................... 28
INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre ......................................................................................... 28
Curriculum Chimica Fisica...................................................................................................................... 28
CHIMICA FISICA AVANZATA ...................................................................................................... 28
Modulo: DINAMICA IN PROCESSI FLUIDI .............................................................................. 28
Modulo: INDAGINI DI SISTEMI COMPLESSI........................................................................... 29
SPETTROSCOPIA MOLECOLARE................................................................................................. 29
DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE .................................................................................. 30
Curriculum Chimica Inorganica ............................................................................................................. 33
MECCANISMI E DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE .................................................... 33
Modulo: FONDAMENTI TEORICI............................................................................................... 33
Modulo: ASPETTI SPERIMENTALI ............................................................................................ 33
CHIMICA QUANTISTICA MOLECOLARE ................................................................................... 34
CHIMICA DEI MATERIALI INORGANICI.................................................................................... 34
Curriculum Chimica Organica................................................................................................................ 36
CHIMICA ORGANICA 3 .................................................................................................................. 36
Modulo: SINTESI ORGANICA..................................................................................................... 36
Modulo: CATALISI IN CHIMICA ORGANICA .......................................................................... 37
INTERAZIONI DEBOLI IN CHIMICA ORGANICA...................................................................... 37
CHIMICA ORGANICA SUPERIORE .............................................................................................. 39
INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI II° ANNO - I° semestre..................................... 40
CATALISI INDUSTRIALE ............................................................................................................... 40
CHEMIOINFORMATICA ................................................................................................................. 40
CHIMICA BIOINORGANICA .......................................................................................................... 40
CHIMICA COMPUTAZIONALE ..................................................................................................... 41
CHIMICA PER L’ENERGIA............................................................................................................. 41
CRISTALLOCHIMICA ..................................................................................................................... 42
ENZIMI IN CHIMICA ORGANICA ................................................................................................. 43
FOTOCHIMICA................................................................................................................................. 43
MATERIALI PER LE ENERGIE RINNOVABILI ........................................................................... 44
METODI TEORICI PER LA DINAMICA MOLECOLARE ............................................................ 45
MODELLISTICA DELLE MOLECOLE ORGANICHE .................................................................. 45
OTTICA NON LINEARE .................................................................................................................. 46
TECNOLOGIE CHIMICHE PER L’AMBIENTE............................................................................. 47
3
LAUREA TRIENNALE IN CHIMICA
INSEGNAMENTI del I° ANNO - I° semestre
CHIMICA GENERALE ED INORGANICA 1
12CFU
MODULO: CHIMICA GENERALE E INORGANICA
6CFU
Prof. Gaia Grossi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855510
e-mail: [email protected]
Programma
Stechiometria e teoria atomica della materia
Leggi storiche della stechiometria. Determinazione delle masse atomiche e delle formule molecolari.
Isotopi. La mole. Formule chimiche ed equazioni chimiche. Calcoli stechiometrici.
Lo stato gassoso
Leggi di Boyle, Charles e Gay-Lussac. Equazione di stato dei gas ideali. Leggi di Dalton dei miscugli
gassosi. Teria cinetica dei gas. Distribuzione delle velocità molecolari: funzione di distribuzione di
Maxwell-Boltzmann. Verifica sperimentale della distribuzione della velocità. Capacità termiche dei gas.
Gas ideali. Compressibilità. Gas reali: equazione di Van der Waals. Forze intermolecolari.
Lo stato solido e lo stato liquido
Proprietà macroscopiche dei solidi. Cenni sui tipi di solidi: solidi ionici, molecolari, covalenti e metallici.
Cenni sulla determinazione delle strutture dei solidi mediante raggi X. Cenni sulla teoria cinetica dello stato
liquido.
Soluzioni
Proprietà delle soluzioni. Soluzioni ideali. Soluzioni non ideali. Solubilità. Proprietà colligative.
Transizioni di fase
Energetica delle transizioni di fase. Tonalità termica e variazione di entalpia. Proprietà degli equilibri.
L'equilibrio liquido-vapore. Dipendenza dalla temperatura della tensione di vapore. Equilibri solido/liquido,
solido-vapore e solido-solido. Diagrammi di stato di sistemi ad un componente. Regola delle fasi applicata
ai sistemi ad un componente.
Equilibri chimici
Natura dell'equilibrio chimico. Costanti di equilibrio e loro significato. Influenza esterna sull’equilibrio:
effetto della concentrazione, effetto della temperatura.
Equilibri ionici in soluzione acquosa
Sali poco solubili. Equilibri di solubilità. Precipitazione e prodotto di solubilità. Effetto dello ione a
comune. Proprietà degli acidi e delle basi. Equilibri che coinvolgono acidi e basi deboli. Proprietà acidobase di soluzione saline. Soluzioni tampone. Titolazioni. Indicatori acido-base.
Termodinamica chimica
Sistemi, stati, funzioni di stato. Prime legge della termodinamica. Entalpia. Termochimica. Reversibilità e
spontaneità. Seconda legge della termodinamica. Entropia. Energia libera e costanti di equilibrio.
Reazioni di ossidoriduzione
Numero di ossidazione e reazioni di ossidoriduzione. Semireazioni. Bilancio di reazioni di ossidoriduzione.
Potenziali elettrodici ed equazione di Nerst. Pile di ossidoriduzione e di concentrazione. Costanti di
equilibrio di reazioni di ossidoriduzione. Elettrolisi. Accumulatori. Corrosioni.
4
Testi consigliati:
P. ZANELLO, R.GOBETTO, R. ZANONI Conoscere la Chimica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 2009
o MAHAN-MEYERS Chimica 3 edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1991;
A. LIBERTI Stechiometria e calcoli chimici, Liguori Editrice, Napoli 1990.
MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE
6CFU
Prof. Gaia Grossi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855510
e-mail: [email protected]
Programma
- La materia e la sua misura - Dimensioni e unità fondamentali (Sistema Internazionale). Unità di
concentrazione. Errore sperimentale. Precisione e accuratezza. Cifre significative. Grafici. Definizione e
proprietà della distribuzione normale. Principio di funzionamento e modalità d'uso della bilancia analitica.
Operazioni fondamentali di laboratorio. Norme generali di sicurezza e di comportamento in laboratorio.
- Analisi gravimetrica - Analisi per combustione e metodo gravimetrico indiretto. Precipitazione e prodotto
di solubilità. Formazione dei precipitati. Soprasaturazione e nucleazione. Filtrazione, contaminazione,
composizione dei precipitati. Campo di applicazione e calcoli dell'analisi gravimetrica. Determinazione
delle masse atomiche e delle formule chimiche.
- Le Soluzioni - Composizione e preparazione di soluzioni. Principi di solubilità.
- Equilibri ionici in acqua - Proprietà acido-base di soluzione saline. Indicatori acido-base.
- Esperienze di laboratorio - Determinazione della formula chimica di un sale. Preparazione del solfato di
rame penta-idrato. Determinazione del calore specifico di un metallo. Determinazione della massa atomica
di un elemento. Verifica della legge di Boyle. Determinazione gravimetrica del ferro. Equilibri ionici in
soluzione acquosa: idrolisi di sali; indicatori; soluzioni tampone. Velocità di una reazione chimica.
Testi consigliati:
P. ZANELLO, R.GOBETTO, R. ZANONI Conoscere la Chimica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 2009
o MAHAN-MEYERS Chimica 3 edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1991;
A. LIBERTI Stechiometria e calcoli chimici, Liguori Editrice, Napoli 1990;
Dispense di laboratorio.
MATEMATICA 1
9CFU
Prof. Giorgio Faina
Dip. di Matematica e Informatica - Tel. 075-5855009
e-mail: [email protected]
Programma
Sistemi lineari e matrici. Operazioni con matrici: somma e prodotto per numero reale, prodotto righe per
colonne.
Soluzioni di sistemi lineari: matrici elementari, il metodo di Gauss.
Sistemi di coordinate: coordinate cartesiane, cambi di coordinate.
Cenni di geometria nel piano e nello spazio
Funzioni. Massimo e minimo,estremo superiore e inferiore
Limiti di successioni. Limiti di funzioni.
Funzioni continue. Derivate. Integrali. Serie numeriche.
Testo consigliato:
M. Bramanti, C.D.Pagani, S.Salsa "Matematica" Zanichelli
5
FISICA 1
6CFU
Dr. Francesco Cottone
Dip. Di Fisica e Geologia – Tel. 075-5852770
e-mail: [email protected]
Programma
1.
Le misure e i vettori
Grandezze fisiche ed il sistema internazionale di unità di misura. Precisione, cifre significative ed analisi
dimensionale. Potenze di 10. L’Universo per ordini di grandezza. Vettori e scalari. Proprietà ed operazioni
con i vettori.
2.
Cinematica
Moto in una dimensione. Vettore posizione, velocità ed accelerazione. Cinematica unidimensionale (moto
uniformemente accelerato). Moto in due e tre dimensioni. Moto dei proiettili, resistenza del mezzo (cenni),
moto curvilineo, moto circolare uniforme, Sistemi inerziali, moto relativo e trasformazioni di Galileo.
3.
Forze e leggi di Newton
Forza, massa e peso. Le leggi di Newton. Le varie forze in natura. Forze di attrito, forza gravitazionale,
forze elettriche e magnetiche, tensioni. Forze dipendenti dal tempo. Forma vettoriale delle leggi di Newton
in 3 dimensioni. Applicazioni delle leggi di Newton: moto unidimensionale, dinamica del moto circolare
uniforme, moto oscillatorio armonico. Legge di Hooke. Sistemi di riferimento non inerziali e forze fittizie.
4.
Sistemi di particelle.
Il moto di un sistema di particelle. Sistemi di due particelle e sistemi di più particelle. Centro di massa si un
sistema finito di particelle e di un corpo solido. Conservazione della quantità di moto per un sistema di
particelle.
5.
Lavoro ed energia meccanica.
Lavoro, potenza ed energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell’energia
meccanica.
6.
Quantità di moto e urti fra corpi.
La quantità di moto. Impulso e quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Urti fra due corpi.
Sistemi a massa variabile. Equazione del razzo.
7.
Cinematica e dinamica dei moti rotatori.
Moto rotatorio. Variabili rotazionali vettoriali. Relazioni fra variabili lineari ed angolari. Momento angolare
di una particella. Sistemi di particelle. Momento e velocità angolari. Conservazione del momento angolare.
Leggi di Keplero. Momento torcente di una particella. Momento d’inerzia di un corpo rigido. Statica dei
corpi rigidi con un asse fisso, baricentro. Dinamica dei corpi rigidi con un asse fisso. Moti roto-traslatori.
Esempi di trottola e giroscopio.
8.
Meccanica dei fluidi.
Statica dei fluidi: la pressione in un fluido. Principio di Pascal e legge di Stevino. Principio di Archimede.
Esempi ed applicazioni dell’idrostatica. Fenomeni di superficie. Dinamica dei fluidi, generalità. Fluidi
ideali: le equazioni del moto. Equazioni di continuità. Flusso stazionario, teorema di Bernoulli. Applicazioni
sui fluidi stazionari. Cenni sulla dinamica dei fluidi reali: viscosità, moto laminare e legge di Poiseuille, il
numero di Reynolds. Moto in un fluido, resistenza del mezzo.
9.
Oscillazioni ed onde.
Oscillazioni forzate e risonanza. Onde trasversali e longitudinali. Onde sonore, onde superficiali.
Caratteristiche di un’onda. Onde armoniche. Equazione d’onda su una corda. Potenza ed energia in un’onda
su una corda. Fronti d’onda, coerenza di fase. Propagazione dell’energia, intensità delle onde.
Il principio di sovrapposizione. Fenomeni ondulatori: riflessione, rifrazione, diffrazione, interferenza di
onde. Cenni di acustica. Effetto doppler.
6
Testi consigliati:
Tipler – Mosca: Corso di Fisica, 1 – Meccanica Onde Termodinamica. Ed. Zanichelli
Resnick – Halliday – Krane: FISICA 1. Ed. Ambrosiana
Dispense del docente nel sito web: https://sites.google.com/site/cottonefra/teaching
INGLESE
3CFU
L’insegnamento di Inglese viene erogato presso il Centro Linguistico d'Ateneo (CLA) con 60 ore di
esercitazioni frontali.
Il livello di conoscenza richiesto per la lingua inglese è pari al B1 (dal Common European Famework of
Reference for Language Learning) e l’insegnamento è previsto al primo semestre del primo anno di corso.
All’inizio dell’anno accademico lo studente è tenuto a sostenere presso il Centro Linguistico di Ateneo Via
Enrico dal Pozzo - 06126 – PERUGIA - http://cla.unipg.it/) il Test OUT per il livello richiesto che, se
superato, prevede l’acquisizione dei relativi crediti e la conseguente registrazione dell’idoneità nella carriera
universitaria. Qualora il test non fosse superato, lo studente avrà la possibilità di seguire presso il Centro
medesimo un corso appropriato, per poi sostenere il test finale nella sessione di gennaio/febbraio 2015. Si
precisa che l’iscrizione al test non necessita l’immatricolazione, ma è sufficiente inserire nella domanda di
prenotazione on-line i dati di un documento di riconoscimento in corso di validità. Il calendario e le
modalità di iscrizione sono consultabili al sito http://cla.unipg.it/images/doc/20140716_cal-TOUT14.15.pdf
Nel caso in cui lo studente sia in possesso di una delle certificazioni di conoscenza linguistica (Inglese)
rilasciate da Enti certificatori accreditati a livello internazionale, queste dovranno essere confermate per il
tramite del “test idoneativo di livello” corrispondente al livello certificato.
INSEGNAMENTI del I° ANNO - II° semestre
CHIMICA GENERALE E INORGANICA 2
6CFU
Prof. Simonetta Cavalli
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855513
e-mail: [email protected]
Programma
– Struttura atomica – Modelli atomici. L’atomo secondo la meccanicaondulatoria. Livelli energetici degli
orbitali atomici. Il principio di aufbau ela configurazione elettronica di atomi poli-elettronici.
– Struttura molecolare – Proprietà del legame chimico: legami ionici, legami covalenti e covalenti polari.
Formule di Lewis. Geometria delle molecole, modello della repulsione delle coppie elettroniche. Legami
multipli. Momenti di dipolo. Magnetismo. Modello del legame di valenza e cenni sulla teoria degli orbitali
molecolari. Legame metallico. Forze intermolecolari. Interazione delle molecole con la luce.
– Elementi di Chimica Inorganica – Struttura elettronica e tavola periodica. Energia di ionizzazione, affinità
elettronica e elettronegatività. Dimensioni degli atomi e degli ioni. Numeri di ossidazione. Proprietà
chimiche di alcuni elementi dei gruppi principali.
– Cinetica Chimica – Velocità e meccanismi di reazione. Ordine di reazione e molecolarità. Effetto dei
catalizzatori. Datazione di reperti fossili e geologici. Interpretazione teorica delle velocità delle reazioni
chimiche.
Testo consigliato
P. Zanello, R. Gobetto, R. Zanoni, Conoscere la Chimica, CEA, Milano (2009); Tavola Periodica e
Proprietà degli elementi, Idelson-Gnocchi s.r.l.
7
CHIMICA ANALITICA
9 CFU
Prof.ssa Francesca Nunzi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855517
e-mail: [email protected]
Programma
- Aspetti teorici e pratici di un processo analitico. Fasi di una tipica analisi chimica quantitativa. Criteri di
fattibilità di una determinazione analitica.
Analisi Quantitativa:
- Aspetti generali delle titolazioni volumetriche. Preparazione di soluzioni a concentrazione nota.
- Curve di titolazione teoriche e sperimentali. Criteri per individuare il punto equivalente nelle curve di
titolazione simmetriche e non simmetriche.
- Titolazioni per precipitazione. Titolazione di alogenuri secondo Mohr e Fajans
- Titolazioni di Neutralizzazione. Equazioni di curve di titolazione acido-base per sistemi forti e deboli
monoprotici e poliprotici. Studio delle correlazioni tra i grafici del potere tampone in funzione del pH, per
sistemi acido-base anche complessi, e le curve di titolazione. Indicatori acido-base bicolorati e a comparsa
di colore. Metodi potenziometrici e conduttometrici per la determinazione del punto equivalente.
- Titolazioni Complessometriche. Uso di agenti chelanti (in particolare dell'E.D.T.A.) e criteri per
individuare le condizioni sperimentali ottimali per la determinazione di un generico analita. Indicatori
metallo cromici. Titolazioni dirette, indirette, per spostamento e selettive di più metalli.
- Titolazioni di Ossidoriduzione. Stabilità delle coppie redox in soluzione acquosa.
Potenziale al punto equivalente. Permanganatometria, iodometria diretta e indiretta.
Analisi Qualitativa:
Soluzione per la ricerca degli anioni. Proprietà chimiche e reazioni di riconoscimento degli anioni e in
particolare: alogenuri, anioni dello zolfo, arsenico, fosforo e carbonio. Analisi qualitativa dei cationi.
Soluzione per la ricerca dei cationi. Separazione dei cationi in gruppi analitici. Separazione e
riconoscimento dei cationi che formano idrossidi e carbonati insolubili
Testi consigliati:
D. C. HARRIS, Chimica Analitica Quantitativa, Zanichelli, Bologna, II edizione 2005
P. LANZA, Chimica Analitica Generale, Patron, Bologna, 1992
D.A. SKOOG, D.M. WEST, F.G. HOLLER, Fondamenti di Chimica analitica II edizione, EdiSES, Napoli.
A. ARANEO, Chimica Analitica Qualitativa, Ed. Zanichelli, Bologna.
MATEMATICA 2
6CFU
Prof. Massimo Giulietti
Dip. di Matematica e Informatica - Tel. 075-5855021
e-mail: [email protected]
Programma:
Spazi vettoriali e trasformazioni lineari. Spazi euclidei. Autovettori ed autovalori. Diagonalizzazione.
Calcolo differenziale per funzioni di più variabili a valori vettoriali. Limiti, continuità e differenziabilità.
Derivate parziali, piano tangente, differenziale. Regola della catena.
Forme differenziali lineari. Integrali curvilinei.
Equazioni differenziali. Equazioni del primo ordine (a variabili separabili, omogenee, lineari). Equazioni
lineari del secondo ordine.
Serie di Taylor, esponenziale complesso. Sviluppi in serie di Taylor.
8
Testo consigliato:
M. Bramanti, C.D. Pagani, S. Salsa, Matematica, Zanichelli
FISICA 2
6CFU
Dr. Maurizio Mattarelli
Dip. di Fisica e Geologia - Tel. 075-5852770
e-mail: [email protected]
Programma:
Elettrostatica
Interazioni elettriche e carica elettrica. Conduttori e isolanti. Induzione elettrostatica. Legge di Coulomb.
Campo elettrostatico. Linee di forza. Teorema di Gauss. Campo di una distribuzione di cariche puntiformi e
continue. Dipolo elettrico. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Potenziale ed energia potenziale
elettrostatica. Superfici equipotenziali.. Proprietà elettrostatiche di un conduttore. Teorema di Coulomb.
Condensatori (serie e parallelo). Capacità di un conduttore e di un condensatore. Energia di un
condensatore. Densità di energia elettrostatica. La costante dielettrica. Polarizzazione dei dielettrici.
Equazioni generali dell’elettrostatica in presenza di dielettrici. Meccanismi di polarizzazione di molecole in
gas, liquidi e solidi.
Corrente elettrica
Densità ed intensità di corrente. Legge di Ohm. Resistenza e resistività. Modello classico della conduzione
elettrica. Mobilità di cariche elettriche in vari conduttori. Resistenze in serie e in parallelo. Potenza
dissipata. Forza elettromotrice. Carica e scarica di un condensatore.. Leggi di Kirchoff. Misure di intensità
di corrente e di differenze di potenziale
Campo magnetico costante
Magneti permanenti. Forza esercitata da un campo magnetico. Forza di Lorentz. Moto di una particella
carica in un campo magnetico costante. Forza magnetica su di un conduttore percorso da corrente Sorgenti
di campo magnetico. Legge di Biot e Savart. Teorema della circuitazione di Ampere. Solenoide. La legge di
Gauss per i campi magnetici. Magnetismo nella materia: permeabilità e suscettività magnetica. Le sostanze
diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche.
Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo
L'induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Neumann-Lenz. Induttanza. Energia magnetica. Circuiti
RL. Corrente alternata.
Onde elettromagnetiche e ottica fisica
Leggi di Maxwell. Equazione d’onda per le onde elettromagnetiche. Onde piane sinusoidali. Spettro delle
onde elettromagnetiche. Luce e indice di rifrazione. Riflessione e rifrazione Interferenza di Young e da
lamine sottili.
Diffrazione di Fraunhofer. Diffrazione da una fenditura rettilinea. Reticoli di diffrazione.
Testi consigliati
Tipler, Mosca, Corso di fisica: 2 : Elettricità, magnetismo e ottica,
Halliday, Resnick, Walker Fisica II
Mazzoldi, Nigro, Voci. Elementi di Fisica: elettromagnetismo e onde.
9
INSEGNAMENTI del II° ANNO - I° semestre
CHIMICA FISICA 1
15CFU
MODULO: CHIMICA FISICA 1
8CFU
Prof. Piergiorgio Casavecchia
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855514
e-mail: [email protected]
Programma:
1) TERMODINAMICA:
Generalità. Sistemi termodinamici, funzioni di stato, grandezze parziali molari. Forze intermolecolari.
Equazioni di stato di sistemi in fase gassosa e condensata. Equazione di van der Waals, stato critico,
principio degli stati corrispondenti e valutazione del fattore di compressibilità di gas reali puri e in miscela.
Calore; lavoro.
1° Principio della Termodinamica.
Esperienze di Joule. Energia interna; entalpia. Capacità termiche a volume e pressione costante. Pressione
interna. Processi isotermi e adiabatici reversibili e irreversibili.
Termochimica: leggi, calorimetria. Entalpie di formazione, combustione, atomizzazione dei composti
chimici. Entalpia di legame e di risonanza. Equazione di Kirchhoff. Bilanci termici.
2° Principio della Termodinamica.
Entropia: approccio termodinamico e statistico. Ciclo e teorema di Carnot. Diseguaglianza di Clausius.
Entropia come criterio di spontaneità e di equilibrio.
Funzioni ausiliarie: funzioni di lavoro ed energia libera. Condizioni di equilibrio in sistemi chiusi:
equazione di Gibbs-Helmholtz. Relazioni termodinamiche fondamentali ed equazioni termodinamiche di
stato. Potenziale chimico. Equazione di Gibbs-Duhem.
3° Principio della Termodinamica.
Comportamento della materia in prossimità dello zero assoluto. Entropie assolute e loro utilizzazione.
Applicazioni dei principi della Termodinamica. Sistemi gassosi perfetti e reali: potenziale chimico,
fugacità, coefficienti di fugacità, diagrammi di Newton e regola di Lewis-Randall.
Sistemi polifase: deduzione termodinamica della regola delle fasi, equazione di Clausius-Clapeyron; leggi
di Raoult e di Henry; equazione di Duhem-Margules. Potenziale chimico e convenzioni sugli stati standard
nelle soluzioni. Distillazione. Analisi termica.
2) MECCANICA QUANTISTICA E STRUTTURA ATOMICA
Introduzione. Natura ondulatoria e corpuscolare delle particelle e delle radiazioni. Il corpo nero. Effetto
fotoelettrico. Effetto Compton. Esperienza di Davisson e Germer.
Dinamica dei sistemi microscopici e principi della meccanica quantistica. Equazione di Schrödinger.
Quantizzazione. Operatori e osservabili. Principio di indeterminazione.
Trattamento di sistemi modello. Particella nella scatola; oscillatore armonico; rotatore rigido bidimensionale
e tridimensionale.
Spettri atomici e struttura atomica. Assorbimento, emissione, probabilità di transizione. Trattamento quantomeccanico per l’atomo di idrogeno e spettro dell’atomo di idrogeno.
Modello vettoriale per sistemi mono- e poli-elettronici; numeri quantici L, S, J; accoppiamenti LS e jj.
Quantizzazione spaziale: effetto Zeeman normale e anomalo. Deduzione dei termini degli stati fondamentali
ed eccitati degli atomi in base al principio di Pauli e alle regole di Hund. Diamagnetismo; paramagnetismo;
effetto magnetico-calorico.
10
Testi consigliati:
Peter ATKINS Julio DE PAULA, CHIMICA FISICA (quarta edizione italiana), Ed. Zanichelli, Bologna
(2004).
Walter J. MOORE, CHIMICA FISICA, Piccin, Padova (1990).
M. G. BETTOLLI e M. Mastragostino, Problemi di Termodinamica con risoluzione, Ed. Corso, Bologna.
MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 1
7CFU
Prof. Aldo Romani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855620
e-mail: [email protected]
Programma
Equilibrio Chimico
Equilibrio chimico e suo significato termodinamico. Equilibrio chimico in fase gassosa: costante di
equilibrio e sue espressioni, dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura. Principio di Le
Chatelier e sua espressione analitica. Rendimento chimico. Equilibrio in fase eterogenea.
Elettrochimica dell'equilibrio (soluzioni ioniche)
Equilibri in soluzione. Potenziale chimico ed attività degli ioni in soluzione. La conducibilità ionica, il
numero di trasporto e la loro determinazione sperimentale.
Teoria di Debye-Huckel e sua applicazione per la stima dei coefficienti di attività e della conducibilità di
elettroliti (eqs. di Debye-Huckel e di Onsager).
Elettrochimica dell'equilibrio (le celle elettrochimiche)
Tipi di potenziale: elettrico, chimico ed elettrochimico. Celle elettrochimiche e loro classificazione.
Concetto di reversibilità ed irreversibilità: cenni sul potenziale di giunzione interliquido. Equazione di
Nernst. Convenzione sulle pile. Termodinamica delle celle elettrochimiche. Tipi di elettrodi.
Applicazione delle misure di f.e.m.: prodotto di solubilità e costanti di dissociazione.
Elettrochimica dinamica
Concetti principali e applicazioni: Polarografia , celle a combustibile.
Trattamento dei dati sperimentali
Presentazione dei dati, Calcolo dell’errore e della sua propagazione nelle misure sperimentali.
Durante il corso verranno svolte esercitazioni numeriche riguardanti gli argomenti trattati.
Esercitazioni di laboratorio
Vengono eseguite 4 esperienze sui seguenti argomenti:
Termochimica (calori di combustione); Equilibri (diagrammi di equilibrio di fase liquido-vapore di
soluzioni binarie; equilibrio chimico in fase gassosa); Soluzioni (volumi parziali molari); Elettrochimica
(numeri di trasporto; verifica dell'equazione di Onsager sulle conducibilità ioniche).
Testi consigliati:
P.W. ATKINS, Chimica Fisica, Ed. Zanichelli, Bologna;
W.J. MOORE, Chimica fisica, Piccin, Padova;
SILLEN, LANGE, GABRIELSON, Problemi di Chimica Fisica, Piccin, Padova;
Integrati mediante appunti di lezione.
CHIMICA INORGANICA
12CFU
MODULO: CHIMICA INORGANICA
6CFU
Prof. Alceo Macchioni
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855579
11
e-mail: [email protected]
Programma
Forze chimiche: distanze internucleari e raggi atomici, tipi di forze chimiche, legame a idrogeno ed effetti
delle forze chimiche. Energetica e struttura dei solidi ionici e metallici: le strutture dei solidi complessi,
imperfezioni nei cristalli, conducibilità nei solidi ionici, solidi tenuti assieme da legami covalenti, materiali
allo stato solido con legami polari. Acidi, basi e ioni in soluzioni acquose e non-acquose: concetti acidocase, misura della forza acido-base, acidi e basi “hard” e “soft”, proprietà dell’acqua, solventi non acquosi e
sali fusi. Reazioni di ossido-riduzione: potenziali standard di riduzione in relazione alle proprietà
termodinamiche, elettrochimica in soluzioni acquose e non acquose. Chimica di coordinazione:
considerazioni generali, struttura, reazioni, cinetica e meccanismi di reazione. Chimica descrittiva dei
metalli di transizione: andamenti periodici generali, chimica dei vari stati d’ossidazione, la chimica degli
elementi potassio-zinco, chimica dei metalli di transizione più pesanti, cenni sui lantanidi e sugli attinidi.
Chimica Organometallica: la regola dei diciotto elettroni, complessi metallo carbonili, complessi nitrosili,
complessi di diazoto, metallo-alchili, -carbeni, -carbini e –carburi, complessi di olefine e di acetlini non
aromatici, metalloceni, reazioni di complessi organometallici. Cenni di catalisi omogenea ed eterogenea:
introduzione e definizioni, applicazioni industriali della catalisi omogenea, sviluppo di catalizzatori
omogenei, superfici e interazioni con specie adsorbite in catalisi eterogenea, applicazioni commerciali della
catalisi eterogenea.
Testi consigliati:
J. H. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter “Chimica Inorganica”, 1999, Piccin.
MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA INORGANICA
6CFU
Prof.ssa Paola Belanzoni
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855618
e-mail: [email protected]
Programma
Introduzione alla chimica inorganica. Fondamenti di meccanica quantistica. Equazione di Schrödinger in
coordinate cartesiane e polari. Orbitali atomici idrogenoidi: parte radiale ed angolare. Forma degli orbitali s,
p, d, f. Gli atomi polielettronici e loro struttura elettronica. Principio di Pauli, principio di Aufbau, stati
atomici, simboli di termine e regole di Hund. Periodicita' degli elementi. La tavola periodica e andamenti
periodici di: dimensione degli atomi, energia di ionizzazione ed affinita' elettronica. Elettronegativita': scala
di Pauling, Mulliken e Allred-Rochow. Regole di Slater per il calcolo della carica nucleare effettiva.
Anomalie periodiche ed effetti relativistici.
Modelli di legame chimico: legame ionico e legame covalente. La struttura di Lewis. Teoria del legame di
valenza (VB). Teoria degli orbitali molecolari (MO). Applicazione ad alcune molecole biatomiche
(omonucleari ed eteronucleari) e poliatomiche. Il metodo di Hückel. La geometria delle molecole ed il
modello VSEPR. Concetti fondamentali di simmetria e teoria dei gruppi.
La chimica degli elementi:l'idrogeno, gli elementi del "blocco s" e gli elementi del "blocco p".
La chimica degli elementi del "blocco d": considerazioni generali. Complessi di coordinazione. Teoria del
campo cristallino. Teoria degli orbitali molecolari applicata ai complessi di coordinazione. Teoria del
campo dei leganti.
Serie spettrochimica. Proprieta' magnetiche dei complessi di coordinazione.
Testi consigliati:
J.E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter, "Chimica Inorganica - Principi, Strutture, Reattivita'", Ed. Piccin,
Padova.
D.F. Shriver, P.W. Atkins, C.H. Langford "Chimica Inorganica", Ed. Zanichelli, Bologna..
12
INSEGNAMENTI del II° ANNO - II° semestre
CHIMICA ORGANICA 1
15CFU
MODULO: CHIMICA ORGANICA 1
8CFU
Prof. Renzo Ruzziconi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855543
e-mail: [email protected]
Programma:
Struttura atomica. Il concetto di ibridazione degli orbitali. Il legame chimico. Acidità e basicità secondo
Brønsted e secondo Lewis. I composti organici, concetto di gruppo funzionale. Gli alcani. Isomeria delle
molecole organiche. Elementi di analisi conformazionale. Principi fondamentali sulla reattività, le reazioni
fondamentali della chimica organica. Gli alcheni: struttura preparazione e reattività. La reazione di
addizione elettrofila. Composti aromatici: concetto di aromaticità, struttura, preparazione e reattività dei
composti aromatici. La reazione di sostituzione elettrofila aromatica. Composti eterociclici con anelli a
cinque e sei atomi: pirrolo, furano, tiofene, imidazolo, piridina. Elementi di stereochimica organica:
stereoisomeria, enantiomeri e diastereoisomeri. Reazioni stereoselettive. Gli alogenuri alchilici: struttura
preparazione e reattività; le reazioni di sostituzione nucleofila SN1 e SN2. Alcoli, fenoli ed eteri: struttura
preparazione e reattività. I composti carbonilici, caratteristiche del gruppo funzionale C=O. Aldeidi e
chetoni: struttura preparazione e reattività; l’addizione nucleofila acilica. Derivati delle aldeidi e dei chetoni:
immine, enammine, idrazoni, ossime. La tautomeria cheto-enolica, la condensazione aldolica. Acidi
carbossilici, struttura e reattività. Derivati degli acidi carbossilici: alogenuri acilici, anidridi, esteri e ammidi.
La condensazione di Claisen, la sintesi malonica e la sintesi acetacetica. Le ammine, struttura e reattività.
Ammine alifatiche e aromatiche, reazione delle ammine con acido nitroso, la reazione di Sandmeyer.
Testi consigliati:
P. I. Bruice Chimica Organica, IV Ed. Casa Editrice EdiSES,
T. W. G. Solomons, C. B. Fryhle, R.G. Johnson La chimica organica attraverso gli esercizi. Casa Editrice
Zanichelli 2010.
Dispense ed esercizi del docente.
MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA 1
7CFU
Prof. Lucio Minuti
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855545
e-mail: [email protected]
Programma:
Prevenzione e sicurezza in laboratorio. Incidenti e pronto soccorso. Vetreria di laboratorio.
Tecniche di isolamento e purificazione:
Filtrazione per gravità e sotto vuoto.
Cristallizzazione ed essiccamento dei cristalli. Il punto di fusione.
Estrazione con solventi.
Distillazione semplice e frazionata, distillazione a pressione atmosferica e sotto vuoto, distillazione in
corrente di vapore.
Cromatografia di adsorbimento e di ripartizione: cromatografia su colonna, su strato sottile, su carta; cenni
di gascromatografia e di cromatografia ad alta risoluzione (HPLC).
Letteratura chimica e ricerca bibliografica.
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Esercitazioni di Laboratorio:
Vengono eseguite 8-10 esercitazioni pratiche riguardanti la preparazione, separazione, purificazione e
caratterizzazione di alcuni composti organici.
Testi consigliati:
D.L. Pavia, G.M. Lampman, G.S. Kriz, Il Laboratorio di Chimica Organica, Ed. Sorbona, Milano.
A.I. Vogel, Chimica Organica Pratica, II Ed., Casa Editrica Ambrosiana, Milano.
Dispense del titolare del corso
CHIMICA ANALITICA STRUMENTALE
6CFU
Prof. Gianfranco Bellachioma
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855577
e-mail: [email protected]
Programma
Metodi analitici
Chimica analitica: concetti generali. Definizione dei termini usati in chimica analitica.
La misura in chimica analitica, incertezza e cifre significative. L’unità di misura, Calibrazione e suoi limiti,
Calcolo dell’incertezza nel caso di misure singole. Classificazione dei metodi analitici. Strumenti per
l’analisi. La scelta del metodo analitico. Sensibilità. Limite di rilevabilità. Selettività. Sorgenti di rumore
nell’analisi strumentale. Rapporto segnale/rumore. Precisione e riproducibilità. Varianza, Deviazione
standard, Accuratezza. t di Student, Test Q, Carte di controllo. Il campionamento statistico: esplorazione e
monitoraggio. Le caratteristiche chimico/fisiche della Matrice Analitica. Il campione da laboratorio.
I principi della cromatografia.
Assorbimento e adsorbimento, Cromatografia analitica e preparativa, il cromatogramma, Il picco
cromatografico, tempo e volume di ritenzione, il coefficiente di ripartizione, La teoria cromatografica dei
“piatti”, Il fattore di ritenzione. Risoluzione, Il grafico di Van Deemter, numero piatti teorici,
Ottimizzazione di un processo cromatografico.
Gascromatografia: definizione e campo di applicazione, L’apparecchiatura, Il gas carrier, Iniettori:
split/splitless, on-column e PTV, Le colonne gascromatografiche: impaccate e capillari.
La cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC): campo di applicazione, Schema a blocchi, Solventi per
cromatografia liquida, degasaggio, Pompe HPLC isocratiche e a gradiente, Iniettori manuali e automatici,
Colonne HPLC: Tipi di fase stazionaria, Particle size, Particle shape, Porosità. Cromatografia ad
esclusione, Detector per HPLC: UV Visibile, DAD, ELSD, MS.
L’analisi chimica qualitativa e quantitativa con le tecniche cromatografiche: Calibrazione e fattore di
risposta, Normalizzazione Interna, Standardizzazione Esterna, Metodo delle Aggiunte
Spettrometria di massa.
La Massa degli Atomi, massa assoluta e massa relativa, Massa isotopica e massa atomica media, Lo
spettrometro di massa. La ionizzazione delle specie chimiche. Le varie sorgenti di ioni. Analizzatori e
risoluzione. Detector. Interpretazione dello spettro di massa.
Spettroscopia di Assorbimento Atomico.
Lo spettro elettromagnetico. Interazione tra radiazione e materia. Tecniche ottiche di analisi. Spettroscopia
di assorbimento e di emissione Spettri atomici, generalità. Sistemi a multipletti. Interpretazione dei numeri
quantici J e S. Spettri atomici dei metalli alcalini ed alcalini terrosi. Ampiezza delle righe. Schema a blocchi
di una spettrofotometro di AA Strumentazione: lampade a catodo cavo ed altri tipi di sorgenti, Sistemi di
atomizzazione in fiamma ed in fornetto. Vari tipi di bruciatori. Prismi e reticoli. Ampiezza spettrale di
banda passante, dispersione, rivelatori.
Parte pratica:
14
Esperienze di applicazione delle tecniche cromatografiche per analisi nei settori ambientali, alimentari,
biologici e dei beni culturali.
Applicazioni della spettroscopia di assorbimento atomico nelle determinazioni quantitative in liquidi
biologici ed industriali di metalli pesanti inquinanti.
Elaborazione dati con metodi di analisi statistica.
Testi consigliati:
Consultare il docente
INFORMATICA
6CFU
Prof. Stefano Crocchianti
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel.075-5855515
e-mail: [email protected]
Programma
Architettura Computer: microprocessore, l'elaboratore monoprocessore, reti e calcolo concorrente.
Software di base: rappresentazioni digitali, connettori logici e operatori matematici.
Il sistema operativo.
Cenni di sistemi operativi Microsoft.
Cenni di sistemi operativi Unix.
La logica della programmazione: strutture della programmazione, procedure di conteggio, accumulo e
convergenza, algoritmi elementari.
Il linguaggio Fortran.
Testi consigliati:
Pagina web: http://orfeo.chm.unipg.it/croc/lpc
A. LAGANA`, A. RIGANELLI, S. CROCCHIANTI, Note di Informatica, Morlacchi editore
T.M.R. ELLIS, Programmazione strutturata in Fortran 77, Zanichelli
M. CAPOVANI, O. MENCHI, Introduzione alla matematica computazionale, Zanichelli
A.S. TENEBAUM, Architettura del computer, un approccio strutturale, Prentice Hall, International Jackson
Libri
INSEGNAMENTI del III° ANNO - I° semestre
CHIMICA FISICA 2
12CFU
MODULO: CHIMICA FISICA 2
6CFU
Prof. Fausto Elisei
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855588
e-mail: [email protected]
Programma
SPETTROSCOPIA
Spettroscopia molecolare
Emissione ed assorbimento della luce: regole di selezione, larghezza ed intensità delle righe.
Spettroscopia rotazionale: modello del rotatore rigido. Interpretazione degli spettri rotazionali di molecole
biatomiche e poliatomiche lineari. Determinazione delle distanze di legame.
Spettroscopia vibrazionale: modello dell'oscillatore armonico, anarmonicità. Funzioni di energia potenziale
di molecole biatomiche. Spettri vibrazionali di molecole poliatomiche. Modi normali di vibrazione.
Fondamenti di teoria dei gruppi. Frequenze di gruppo.
15
Spettroscopia elettronica: Orbitali molecolari. Spettri elettronici. Probabilità di transizione. Principio di
Frank-Condon. dissociazione e predissociazione. Spettri di assorbimento e di emissione. Spettri elettronici
di complessi a trasferimento di carica (equazione di Benesi-Hildebrand) e di coloranti organici coniugati
(teoria di Kuhn). Analisi quantitativa spettrofotometrica. Spettrofotometri UV-VIS ed IR; fluorimetri.
Effetto laser.
MECCANICA E TERMODINAMICA STATISTICA
Legame chimico
Legame chimico: metodi del legame di valenza e degli orbitali molecolari. Semplici applicazioni della
teoria dei gruppi.
Meccanica e termodinamica statistica
Insiemi statistici e leggi di distribuzione.
Funzione di ripartizione dei gas perfetti: fattori traslazionale, rotazionale, vibrazionale, elettronico e
nucleare. Indistinguibilità.
Funzioni termodinamiche dei gas perfetti e di loro miscele. Potenziale chimico. Costante di equilibrio.
Funzioni di ripartizione dei gas reali (cenno) e dei solidi cristallini.
Statistiche quantistiche: Bose-Einstein e Fermi-Dirac.
Testi consigliati:
P. W. ATKINS, Chimica Fisica, 4a edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2004.
W. J. MOORE, Chimica Fisica, 4a ediz., Piccin, Padova, 1979.
- oppure la traduzione italiana di Basic Physical Chemistry (1983) (Piccin, 1990).
G. K. VEMULAPALLI, Chimica Fisica (1993), traduzione italiana, Ed. EdiSes, Napoli 1995.
D. A. Mc Quarrie and J. D. Simon, Physical Chemistry – A molecular approach, University Science
MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 2
6CFU
Prof.ssa Anna Spalletti
Dip. Chimica - Tel. 075-5855575
e-mail: [email protected]
Programma
- Cinetica Chimica
La velocità delle reazioni chimiche. Ordine e molecolarità. Leggi di velocità. Meccanismi di reazione.
Approssimazione dello stato stazionario. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Reazioni
a catena. Tecniche sperimentali.
Teorie delle collisioni e dello stato di transizione. Previsione teorica delle costanti di velocità. Reazioni
monomolecolari. Reazioni in soluzione. Reazioni su superfici solide. Catalisi omogenea ed eterogenea.
- Fotochimica
Produzione e decadimento di stati eccitati. Transizioni radiative e non-radiative; accoppiamento vibronico e
spin-orbita. Diagramma di Jablonski. Fotoreazioni: misura di resa quantica e meccanismi. Confronto fra
cinetiche termiche e fotochimiche. Equazioni di Stern-Volmer per lo spegnimento di emissione. Tecniche
stazionarie e pulsate.
- Esercitazioni di laboratorio.
Vengono eseguite 8 -10 esercitazioni pratiche sui seguenti argomenti:
Cinetica chimica: determinazione dell’ordine, della costante di velocità e dell’energia di attivazione di
reazioni chimiche. Cinetiche enzimatiche.
Spettrofotometria UV-VIS: determinazione spettrofotometrica di costanti di equilibrio (indicatori, complessi
a trasferimento di carica); spettri elettronici di coloranti organici.
Fotochimica: rendimenti quantici di reazioni fotochimiche; spegnimenti di fluorescenza.
Applicazioni di metodi di calcolo quantomeccanico per la determinazione di grandezze chimicofisiche.
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Testi consigliati:
P. W. ATKINS, Physical Chemistry, 4a ediz. (inglese), Oxford University Press (1990);
W. J. MOORE, Chimica Fisica, 4a ediz., Piccin, Padova, 1979;
- oppure la traduzione italiana di Basic Physical Chemistry (1983) (Piccin, 1990);
G. K. VEMULAPALLI, Chimica Fisica (1993), traduzione italiana, Ed. EdiSes, Napoli 1995;
Completati da appunti di lezione.
CHIMICA ORGANICA 2
12CFU
MODULO: CHIMICA ORGANICA 2
6CFU
Prof. Ferdinando Pizzo
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855546
e-mail: [email protected]
Programma
Introduzione Rivisitazione dei concetti chimici di base: acidità e basicità di Bronsted e di Lewis. La teoria
HSAB. Basicità e nucleofilicità; elettrofilicità ed acidità. Il concetto di aromaticità e antiaromaticità
Stereochimica organica Rappresentazione prospettica e bidimensionale di una struttura molecolare:
rappresentazione a cavalletto, zig-zag, flyin wedge, di Howart dei carboidrati. Proiezione di Fischer e di
Newman. Conformazioni di alcani aciclici come: etano propano e butano. Conformazioni del ciclo pentano
e del cicloesano e dei corrispondenti derivati mono e bisostituiti. Stereoisomerismo configurazionale e
conformazionale. La simmetria molecolare: elementi di simmetria e operazioni di simmetria. Asse di
simmetria (Cn) e rotazione, piano di simmetria e riflessione; centro di simmetria e inversione asse di rotoriflessione (Sn) e roto- riflessione. Chiralità ed attività ottica. Chiralità centrale, assiale, planare ed
elicoidale Definizione degli stero descrittori R, S; D,L; P, M; E, Z; d, l; Re, Si; Sin, Anti; Eritro, Treo.
Ossido-riduzioni I metalli di transizione come ossidanti delle funzionalità organiche . Ossidazioni tramite il
dimetil solfossido e il reagente di Dess-Martin e perossidi. Catalisi omogenea ed eterogenea nella reazione
di addizione di idrogeno al doppio legame carbonio-carbonio. Reazioni di addizione di idrogeno alla
funzionalità carbonilica, carbossilica e suoi derivati, al gruppo nitro e ciano. Reattività e selettività nelle
riduzioni tramite gli idruri. Il ruolo della chelazione. Riduzioni tramite il trasferimento di atomi di idrogeno.
I metalli come agenti riducenti di chetoni, enoni, composti aromatici e alchini
Ammine. Nomenclatura, caratteristiche strutturali e proprietà fisiche. Preparazione e reazioni delle ammine.
Immine, Enammine, Idrazine, Idrazoni, Fenilidrazoni, Idrossilammine e Ossime. Preparazione e loro
impiego in chimica organica.
Composti eterociclici. Nomenclatura, preparazione e reattività
Composti eterociclici monociclici alifatici tri-eptatomici con uno o due eteroatomi.
Composti eterociclici monociclici aromatici in cui sono presenti uno o due eteroatomi. Tautomeria nelle
idrossipiridine, piridoni e amminopiridine. Acidi piridincarbossilici. Chinoline e isochinoline. Tautomeria
negli idrossipirroli, pirrolidoni. Indoli, benzofurani e benzotiofeni.
Carboidrati. Caratteristiche strutturali, classificazione e nomenclatura. Reazioni specifiche dei carboidrati.
Aldosi della seria D. La struttura del glucosio: dimostrazione di Fischer. Struttura del (-)-ribosio, (-)arabinosio, (+)-xilosio, (-)-eritrosio, (+)-galattosio e (-)-fruttosio. Il fenomeno della mutarotazione. I
glucosidi. Disaccaridi e polisaccaridi. Caratteristiche strutturali del maltosio, cellobiosio, lattosio e
saccarosio. Polisaccaridi: amido, amilosio e amilopectina, differenze strutturali e funzioni biologiche. La
cellulosa e. polimeri semisintetici
Amminoacidi. Caratteristiche strutturali e classificazione degli amminoacidi. Il punto isoelettrico di un
amminoacido e sua determinazione. Polipeptidi, determinazione strutturale. Proteine: analisi della struttura
primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine: proteine fibrose e proteine globulari.
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Testi consigliati:
E. L. Eliel, S. H.Wilen, M. P. Doyle – Basic Organic Stereochemistry - Wiley, 2001.
P. Y. Bruice – Chimica Organica – Edi. SES, 2005.
W. H. Brown, C. S. Foote, B. L. Iverson, E. V. Anslyn – Chimica Organica – Edi. SES, 2010.
MODULO: LABORATORIO CHIMICA ORGANICA 2
6CFU
Prof. Raimondo Germani
Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie- Tel. 075-585/5538-5548 Fax 075-58560
e-mail: [email protected]
Programma
Parte Teorica
Identificazione spettroscopica delle strutture di composti organici:
Spettroscopia Infrarosso (IR). Introduzione. Molecola biatomica come un oscillatore armonico. Equazioni
fondamentali. Comportamento anarmonico. Significato fisico della costante di forza. Assorbimento della
radiazione infrarossa. Molecole poliatomiche. Gradi di libertà vibrazionali. Bande principali di stiramento e
di deformazione. Bande secondarie di sovratono e di accoppiamento. L’approssimazione di gruppo. Lo
spettro IR : aspetti pratici relativi alla modalità di registrazione e di preparazione del campione.
Rassegna delle frequenze caratteristiche e diagnostiche per l’individuazione dei principali gruppi funzionali.
Esame degli spettri IR di: alcani, alcheni, dieni, alchini, composti aromatici, alcoli, fenoli, eteri, chetoni,
aldeidi, acidi carbossilici e derivati acilici, nitrili, ammine e nitro derivati. Studio dell’effetto induttivo e
mesomerico, studio dell’effetto delle dimensioni di anello in composti ciclici, studio dell’effetto del
solvente e del legame ad idrogeno inter- e intra-molecolare sulle bande di assorbimento dei vari gruppi
funzionali. Esempi di interpretazione di spettri IR di molecole organiche di media complessità strutturale.
Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare Protonica (1H NMR). Introduzione. Proprietà magnetiche
dei nuclei. Principio fisico della risonanza magnetica. Cenni sulla strumentazione. Lo spostamento chimico
e la costante di schermo. Studio degli effetti induttivo, anisotropico, sterico, del solvente e del legame ad
idrogeno sullo spostamento chimico. Accoppiamento spin-spin. Sprettri del primo ordine. Sistemi di spin
del tipo: AXn , AmXn e AMX. Cenno spettri di non primo ordine. Sistemi di spin AB, e ABX. Equivalenza
chimica e magnetica. Semplificazione di spettri complessi. Uso del deuterio. La costante di accoppiamento:
geminale, vicinale e a lunga distanza. Fattori che influenzano la costante di accoppiamento. Esempi di
interpretazione di spettri 1H NMR di molecole organiche di media complessità strutturale.
PARTE SPERIMENTALE
Vengono eseguite 7-8 esperienze pratiche, riguardanti la preparazione di composti organici in uno o più
passaggi sintetici; successiva purificazione e caratterizzazione chimico-fisica e spettroscopica mediante le
tecniche sopra citate.
Testi consigliati:
A.I. Vogel, Chimica Organica Pratica, Editrice Ambrosiana;
Robert M. Silverstein, Francis X. Webster, “Identificazione spettroscopica di composti organic” Casa
Editrice Ambrosiana 1999
Dispense del corso reperibili presso il docente o in forma cartacea o in forma elettronica.
CHIMICA BIOLOGICA
6CFU
Dr. Alessandro Magini
Tel. 0755857443
e-mail: [email protected]
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Programma
I PARTE-Biochimica strutturale
Biologia cellulare (cenni). Struttura e proprietà degli aminoacidi. Legame peptidico. Proprietà chimicofisiche delle proteine. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Emoglobina.
Enzimi: catalisi enzimatica, regolazione dell’attività enzimatica, inibitori enzimatici. Enzimi allosterici.
Coenzimi e Vitamine. Lipidi e membrane biologiche. Struttura e funzione degli acidi nucleici. Metodologie
di base per studi e applicazioni biochimiche. Preparazione di campioni biologici. Frazionamento cellulare.
Centrifugazione preparativa ed analitica. Purificazione delle proteine. Metodi di dosaggio delle proteine.
Tecniche cromatografiche ed elettroforetiche.
II PARTE-Biochimica metabolica
Regolazione del metabolismo. Digestione ed assorbimento dei carboidrati. Glicogenosintesi e glicogenolisi.
Glicolisi e gluconeogenesi. Ciclo pentoso-fosfati. Ciclo degli acidi tricarbossilici. Catena respiratoria e
fosforilazione ossidativa. Meccanismi di regolazione ormonale del metabolismo glicidico. Digestione ed
assorbimento dei lipidi. Attivazione, trasporto ed ossidazione degli acidi grassi. Corpi chetonici. Biosintesi
degli acidi grassi. Metabolismo del colesterolo. Metabolismo degli aminoacidi. Deaminazione,
transaminazione e decarbossilazione. Destino dell'ammoniaca e ciclo dell'urea. Biosintesi delle basi
pirimidiniche e biosintesi iniziale delle basi puriniche. Catabolismo delle basi pirimidiniche e puriniche..
Testi consigliati
Principi di Biochimica di Lehinger, Nelson D.L. Cox M. M. Casa Editrice Zanichelli
Fondamenti di Biochimica, Voet D., Voet J.G., Pratt C. W. Casa Editrice Zanichelli
INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI – II° e III° ANNO - II° semestre
CHIMICA AL CALCOLATORE
6CFU
Prof. Stefano Crocchianti
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnlogie – Tel.075-5855515
e-mail: [email protected]
Programma
Modelli molecolari per il calcolatore: trattazione classica e suoi limiti, potenziali modello.
Il calcolo della curva di titolazione.
Implementazione di metodi di griglia.
Implementazione del calcolo di una curva di titolazione con metodi iterativi.
Semplici metodi numerici di integrazione.
Calcolo angolo di scattering. Calcolo di una traiettoria.
Introduzione, funzionamento ed uso per il chimico della rete Internet.
Testi consigliati
Consultare il docente
CHIMICA DELL’ATMOSFERA
6CFU
Prof.ssa Nadia Balucani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855513
e-mail: [email protected]
Programma
- Composizione chimica e struttura dell’atmosfera. Origine dell'atmosfera terrestre. Interazione con la
biosfera.
- Parametri fisici: pressione e temperatura, bilancio energetico, trasporto verticale e trasporto orizzontale
19
- Fotochimica, spettroscopia e cinetica chimica applicate allo studio dell'atmosfera
- Chimica della Troposfera
- Chimica della Stratosfera
- Chimica della Ionosfera - Chimica in fase eterogenea di rilevanza nello studio dell'atmosfera
- Evoluzione dell'atmosfera terrestre, inquinamento e cambiamenti climatici
- Le atmosfere degli altri pianeti del Sistema Solare
Testi consigliati:
"Chemistry of Atmospheres" di R.C. Wayne, Oxford Science Publications; dispense e copie dei lucidi a
cura del docente. Altri testi: "Atmospheric Chemistry and Physics" di J. H. Seinfeld & S. N. Pandis- WileyInterscience; "Introduction to Atmospheric Chemistry" di D.J. Jacob, Princeton University Press
CHIMICA DELLO STATO SOLIDO
6CFU
Prof. Mario Casciola
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 078-5855567
e-mail: [email protected]
Programma
Definizione di cristallo, cella elementare, unità asimmetrica, reticolo cristallino; tipi di reticoli cristallini;
indici di Miller. Strutture compatte cubiche ed esagonali; densità di impacchettamento, siti interstiziali
ottaedrici e tetraedrici.
Dimensioni di atomi e ioni; determinazione dei raggi ionici mediante le mappe di densità elettronica. Criteri
di Pauling per la previsione della struttura di un solido ionico sulla base del rapporto fra i raggi dell’anione e
del catione. Caratteristiche dei solidi ionici; regola di Pauling per l’elettroneutralità locale. Calcolo
dell’energia reticolare da dati termodinamici e sulla base del modello di solido ionico ideale.
Definizione di difetto. Classificazione dei difetti: difetti intrinseci ed estrinseci; difetti di punto, linea e
piano. Difetti di punto nei solidi ionici: carica dei difetti, difetti di Frenkel e di Schottky. Elementi di
termodinamica dei difetti: potenziale chimico dei difetti. Trattazione termodinamica del difetto di Frenkel.
Influenza di impurezze eterovalenti sulla concentrazione dei difetti di Frenkel e Shottky. Centri di colore
negli alogenuri alcalini.
Conducibilità ionica secondo la teoria del “random walk”. Relazione fra struttura e concentrazione dello
ione carrier. Conducibilità di AgCl e NaCl in funzione della concentrazione di impurazze bivalenti.
Conducibilità di NaCl in funzione della temperatura.
Caratteristiche generali degli elettroliti solidi e loro applicazioni. Esempi di elettroliti solidi. α-AgI: struttura
e siti reticolari, confronto fra α-AgI, AgCl e NaCl. Elettroliti solidi conduttori di ioni sodio e loro impiego
nelle batterie Na/S. NASICON: struttura e conducibilità in funzione del rapporto SiO4/PO4. ß-Allumine:
struttura, siti reticolari e meccanismo di trasporto. Conversione dell’energia della reazione di combustione:
confronto fra motore termico e cella a combustibile; celle a combustibile basate sui conduttori protonici.
Trasporto protonico: meccanismo veicolare e di tipo Grotthuss. Conduttori protonici costituiti da ossidi
perovskitici. Polimeri conduttori protonici polialifatici e poliaromatici; requisiti per il loro impiego in cella a
combustibile. Proprietà morfologiche e di trasporto protonico dei polimeri alifatici perfluorurati (Nafion).
Struttura dell’interfaccia elettrodo – conduttore protonico nella cella a combustibile.
Proprietà chimico-fisiche e strutturali dei metalli. Teoria del gas di elettroni: modello di Drude –Lorentz per
la conducibilità dei metalli. Teoria dell’elettrone libero (Sommerfeld): densità degli stati e densità degli stati
occupati in funzione della temperatura; energia di Fermi e livello di Fermi. Conducibilità e capacità termica
dei metalli secondo la teoria dell’elettrone libero.
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Interazione elettrone – reticolo: superfici e zone di Brillouin, bande di energia, funzioni di Bloch. Densità
degli stati in una banda. Descrizione qualitativa della struttura a bande per Na, Mg, Al e C(diamante).
Struttura a bande e proprietà di trasporto elettrico: conduttori, semiconduttori, isolanti.
Semiconduttori intrinseci ed estrinseci; semiconduttori di tipo p ed n. Relazione fra la concentrazione degli
elettroni liberi e delle lacune e condizione di elettroneutralità per semiconduttori di tipo p ed n. Dipendenza
della conducibilità dalla temperatura per un semiconduttore di tipo p o n. Proprietà ed applicazioni della
giunzione p-n.
Testi consigliati:
A.R. West, Solid State Chemistry and its applications, John Wiley & Sons.
Vari testi di consultazione sono a disposizione degli studenti presso il gruppo Stato Solido del Dipartimento
di Chimica.
CHIMICA DEL RESTAURO
6CFU
Prof. Brunetto Brunetti
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075 5855508
e-mail: [email protected]
Programma
I materiali dei beni culturali
Materiali costitutivi, datazioni, tecniche realizzative e degrado delle opere d’arte. Diagnostica: metodologie
analitiche non-invasive e con micro-campionamento.
Datazioni per materiali inorganici e organici.
Proprieta’ dei nuclei atomici. Decadimenti radiativi. Effetti delle radiazioni. Principi della dosimetria.
Termoluminescenza. Autenticazione e datazione di materiali ceramici per termoluminescenza: principi e
metodi di misura. Sorgenti di errore.
Radiocarbonio: formazione e scomparsa. Datazioni al radiocarbonio per materiali organici: metodo R.I.D. e
metodo A.M.S..Sorgenti di errore. Calibrazioni delle misure. Dendrocronologia.
Cenni alle datazioni per racemizzione.
Materiali vetrosi
Struttura e proprieta’ dei vetri. Alterazioni dei materiali vetrosi: meccanismo di corrosione. Origine del
colore nei vetri e negli smalti ceramici. Le decorazioni ceramiche a lustro: compositi vetro-metallo nano
strutturati e loro proprieta’.
Materiali Pittorici
Aspetti chimici delle tecniche pittoriche (tempera, olio, affresco). Proprieta’ ottiche dei film pittorici,
Struttura e proprieta’ di pigmenti inorganici naturali e di sintesi. Struttura e proprieta’ di coloranti organici
naturali e di sintesi. Complessi metallo-organici. Processi di degrado di alcuni pigmenti inorganici.
Alterazione e degrado dei dipinti murali.
Metodi di indagine
Applicazioni della spettrometria di fluorescenza ai raggi X alla analisi non invasiva di superfici policrome.
Applicazioni della spettroscopia microRaman e FTIR (micro, macro e a fibre ottiche) alla analisi di
materiali inorganici e organici..
Testi consigliati:
Chimica per l’Arte, AAVV, Zanichelli, 2007.
CHIMICA VERDE
6CFU
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Prof. Luigi Vaccaro
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855541
e-mail: [email protected]
Programma:
- I principi della Chimica Verde.
- Misura dell’efficienza di un processo chimico; riduzione dei materiali di scarto; il concetto di efficienza
atomica.
- Come implementare i principi della green chemistry nella pratica comune.
- Materiali di partenza sicuri per realizzare processi chimici verdi.
- Risorse rinnovabili.
- Biodiesel; bioetanolo.
- Mezzi di reazione sicuri per processi chimici; alternative al solvente organico; quando un mezzo di
reazione e’ verde?
- Liquidi supercritici; CO2 liquida per la pulitura a secco.
- Liquidi Ionici.
- L’acqua come mezzo di reazione.
- Reazioni in assenza di solvente.
- La necessità di minimizzare il costo energetico di un processo chimico.
- La necessità di rendere “verdi” i prodotti di scarto.
- Tecnologie innovative: processi in flusso continuo.
- Benefici dell'intensificazione di processo e delle tecnologie di flusso.
- Convertire la chimica in "batch" in quella in flusso continuo.
- Esempi reali dell’applicazione dei principi della chimica verde nell’ambito della ricerca accademica e dei
processi industriali.
- Sintesi del Sildenafil (Viagra®, Pfizer).
- Sintesi del Ganciclovir (Cytovene®, Roche, Green Chemistry Award 2000).
- Sintesi della Sertraline (Zoloft®, Pfizer, Green Chemistry Award 2002).
Testi consigliati:
Consultare il docente.
FONDAMENTI DI CHIMICA QUANTISTICA
6CFU
Prof. Francesco Tarantelli
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855531
e-mail: [email protected]
Programma:
Introduzione alla meccanica quantistica. Distribuzioni di probabilità delle osservabili. Distribuzioni discrete
e continue. Funzione delta. La funzione d'onda e il suo significato. Valori medi delle grandezze ed
operatori quantistici. Proprietà degli operatori. Operatori hermitiani. Funzioni di base. Funzioni d'onda e
vettori. Matrici di rappresentazione degli operatori. Equazione di autovalore e suo significato. Spettro
discreto e proprietà delle autofunzioni. Principio variazionale. Equazione di autovalore matriciale.
Osservabili commutative e non commutative. Il processo di misura quantistico. Cenni sulla equazione di
Schroedinger e l'evoluzione temporale degli stati. Stati stazionari. L'approssimazione di Born-Oppenheimer
e il problema elettronico. Principio di antisimmetria. Cenni sullo spin. La struttura elettronica
di atomi e molecole. Il modello orbitalico. Determinante di Slater. Interazione coulombiana e di scambio.
L'operatore di Fock e l'equazione di Hartree-Fock. Visualizzazione ed interpretazione degli orbitali.
Energie orbitaliche e loro significato. Orbitali occupati e virtuali. Orbitali atomici e sets di base. Aspetti
computazionali del metodo HF. Superfici di energia elettronica e ottimizzazione di geometria. Matrice
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hessiana e caratterizzazione dei punti stazionari. Stati di transizione e calcolo di profili di reazioni chimiche.
I limiti del modello orbitalico. Correlazione elettronica. Cenni al modello dell'interazione
di configurazione. Densità elettronica ed introduzione alla teoria del funzionale della densità. Il teorema di
Hoenberg e Kohn. L'equazione di Kohn-Sham. Cenni sui potenziali di scambio-correlazione.
Testi consigliati:
Materiale messo a disposizione dal docente
PROCESSI DI SUPERFICIE
6CFU
Prof. Marco Paolantoni
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855580
e-mail: [email protected]
Programma:
Interazioni intermolecolari. Forze di van der Waals e potenziali repulsivi. Il potenziale di Lennard-Jones.
Correlazione tra interazioni intermolecolari e proprietà macroscopiche. Struttura dei liquidi e funzione di
distribuzione radiale. Simulazioni di dinamica molecolare e metodo Monte Carlo. Legame a idrogeno.
Spettroscopie vibrazionali e legame a idrogeno. Interazioni idrofiliche ed idrofobiche. Termodinamica delle
superfici: tensione superficiale ed interfacciale. Energia, entropia ed energia libera specifica della fase
superficiale. Superficie di Gibbs e concentrazione superficiale eccesso. Equazione di Laplace-Young.
Bagnabilità, angolo di contatto ed equazione di Young. Innalzamento capillare. Tensione di vapore ed
equazione di Kelvin. Isoterma di adsorbimento di Gibbs. Termodinamica dei processi di auto-associazione.
Colloidi, sistemi micellari e membrane biologiche. Adsorbimento di gas su superfici solide. Saranno inoltre
introdotte alcune tecniche sperimentali utilizzate per lo studio dei sistemi presi in esame.
Testi consigliati
G. K. VEMULAPALLI, Chimica Fisica, traduzione italiana, EdiSes, Napoli, 1995.
P. ATKINS, J. DE PAULA, Chimica Fisica, quarta edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2004.
J. N. ISRAELACHVILI, Intermolecular and Surface Forces, third edition, Academic Press, Amsterdam,
2011.
PROGETTAZIONE MOLECOLARE
6CFU
Prof. Gabriele Cruciani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855629
e-mail: [email protected]
Programma:
Rappresentazione al computer di strutture molecolari (modelli molecolari). Principi di Meccanica
Molecolare. Anatomia di un force field di meccanica molecolare. Minimizzazione energetica. Utilizzo di
GRID per descrivere molecole organiche. Le proteine e la cristallizzazione. Utilizzo di GRID per descrivere
macromolecole. Descrittori molecolari per molecole organiche. Descrittori molecolari 3D: il metodo
VolSurf. Applicazioni del metodo VolSurf per la stima di proprietà di molecole organiche. Il concetto di
farmacoforo. Il metodo FLAP per la descrizione di molecole organiche. Il metodo FLAP per la descrizione
di macromolecole. Lezioni al computer sui temi: costruzione molecolare, minimizzazione energetica,
metodo montecarlo e analisi conformazionale.
Rappresentazione di strutture chimiche mediante files SDF e Mol2. Banche dati (3D) sperimentali; files
PDB. Il problema della conformazione: ricerca sistematica e ricerca random con metodo montecarlo.
Metodi di statistica multivariata per la progettazione molecolare (richiami di PCA, PLS e disegno
sperimentale). Parametri importanti nella progettazione molecolare: pKa. Metodi di calcolo del pKa. Il
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metodo Moka. Parametri importanti nella progettazione molecolare: log P. Metodi di calcolo del LogP.
Metodo di Rekker per il calcolo del LogP. Banche dati di building blocks. Utilizzo di metodi
computazionali nella progettazione della sintesi. High Throughput Screening per la ricerca di composti
biologicamente attivi. Metodi di ricerca virtuale (Virtual screening) per la ricerca di composti
biologicamente attivi. Lezioni al computer applicando i programmi Sybyl, GRID, Moka, Volsurf e Flap.
Testi consigliati:
Dispense fornite dal docente
SPETTROCHIMICA
6CFU
Prof. Fausto Ortica
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855576
e-mail: [email protected]
Programma
- Lo spettro della radiazione elettromagnetica. Caratteri generali della spettroscopia.
- Spettroscopie vibrazionale ed elettronica, colorimetria. Spettrometria Raman. Risonanza magnetica
nucleare e risonanza di spin elettronico.
- Strumentazione per misure spettrometriche (sorgenti, rivelatori, monocromatori) nei vari domini
temporali e di frequenza e nei vari stati di aggregazione (gas, liquidi, matrici solide).
- Applicazioni strutturali ed analitiche delle tecniche spettrometriche più diffuse.
- Esercitazioni dimostrative di spettrometria infrarossa e Raman, colorimetria, spettrofotometria UV-vis,
fluorimetria.
N.B.: questo corso è inteso a fornire allo studente le conoscenze di base della spettroscopia utili per un
primo approccio all’uso delle tecniche più diffuse e alle loro principali applicazioni in indagini
analitiche e strutturali. Verranno descritti numerosi esempi che illustrino le potenzialità delle tecniche
spettrometriche nella risoluzione di problematiche di attualità, in particolare nei settori della scienza dei
materiali, dell’ambiente, dei beni culturali, ecc.
Testi consigliati:
Consultare il docente
SPETTROSCOPIA NMR
6CFU
Prof. Cristiano Zuccaccia
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855578
e-mail: [email protected]
Programma
- Principi di base di Risonanza Magnetica Nucleare: momento angolare e momento magnetico, livelli
energetici, condizione di risonanza, teoria dello spostamento chimico, equivalenza chimica ed equivalenza
magnetica.
- Spettri in trasformata di Fourier: il modello vettoriale, la magnetizzazione macroscopica, l’effetto degli
impulsi RF, il decadimento di induzione libero, l’intensità del segnale NMR, la trasformata di Fourier e il
processamento dei dati.
- Componenti di uno spettrometro NMR in trasformata di Fourier: il magnete, le sonde, i trasmettitori, gli
amplificatori, il convertitore analogico/digitale, il sistema di aggancio della frequenza, il sistema di
omogeneizzazione del campo.
- Tecniche monodimesionali: la sequenza base 90°-FID, rilassamento longitudinale (T1) e l'inversion
recovery, rilassamento trasversale (T2) e spin-echo, ottimizzazione della sensibilità.
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- Teoria dell’accoppiamento scalare, disaccoppiamento, sequenze in doppia risonanza, sequenze con impulsi
multipli (SPT, SPI, INEPT, DEPT…)
- La trattazione quantomeccanica per uno spin, il metodo degli operatori prodotto per uno spin e per due
spin scalarmente accoppiati. Sequenza INEPT con gli operatori prodotto.
- Introduzione alle tecniche bidimensionali: schema generale di un esperimento 2D: i periodi di
preparazione, evoluzione, mescolamento e acquisizione.
- Connessione attraverso i legami: correlazione attraverso singolo legame (spettri COSY, spettri HSQC e
HMQC), correlazione attraverso più legami (spettri HMBC).
- Approfondimenti sulla teoria del rilassamento: meccanismi di rilassamento, funzione di correlazione, il
rilassamento e le popolazioni dei livelli energetici.
- Connessione attraverso lo spazio: principi dell’accoppiamento dipolare e dell’effetto nucleare Overhauser,
esperimenti NOE monodimensionali in stato stazionario, cinetica di crescita del NOE, stima delle distanze
internucleari, esperimenti bidimensionali (NOESY e ROESY).
- Esempi e applicazioni.
Testi consigliati:
Consultare il docente
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LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE CHIMICHE
INSEGNAMENTI I° ANNO - I° semestre
SCIENZE MOLECOLARI APPLICATE
9CFU
Prof. Fernando Pirani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075 585 5528
e-mail: [email protected]
Programma
Discussione generale sulle proprietà statiche e dinamiche della materia di interesse chimico ed effetto delle
medie statistiche.
Proprietà dei gas reali e loro importanza applicativa: equazioni di stato e coefficienti del viriale; principio
degli stati corrispondenti; transizione liquido-vapore; effetto Joule-Thomson e temperatura di inversione;
liquefazione dei gas e criogenia; alcuni casi di grande interesse.
Importanza ed applicazioni della Teoria Cinetica dei gas: velocità di collisione con una superficie;
frequenza di collisione a due corpi e cammino libero medio; costante di velocità di reazione bimolecolare;
legge di Lambert –Beer; fenomeni di trasporto nei gas puri ed in miscele ; conducibilità elettrica e mobilità
di ioni nei gas; conducibilità termica ; diffusione; viscosità.
Teorema del viriale e funzioni di distribuzione radiale: applicazioni allo studio macroscopico e
microscopico dei gas.
Influenza delle forze intermolecolari sulle proprietà della materia: natura delle forze intermolecolari e
processi chimici elementari direttamente condizionati; componenti principali; natura dei legami non
covalenti e ruolo della polarizzabilità atomica e molecolare; metodi ab initio, semiempirici ed empirici e
loro uso nelle simulazioni di dinamica molecolare; estensione dei metodi semiempirici ed empirici a sistemi
complessi; relazione tra struttura molecolare e temperatura di fusione e di ebollizione; struttura e stabilità
dei solidi e dei liquidi e funzioni di distribuzione radiale; sistemi con interazioni speciali.
Proprietà dell’acqua: legame idrogeno normale ed anomalo; modelli per descrivere l’acqua; effetto
idrofobico ed idrofilico; importanza dei clatrati per immagazzinare e restituire gas intrappolati.
Sistemi gas-superficie: adsorbimento chimico ed adsorbimento fisico; caratteristiche fondamentali del
fisisorbimento e sua importanza per l’intrappolamento di gas su superficie; competizione tra adsorbimento e
desorbimento.
Applicazioni dei fenomeni di trasporto: misuratori di pressione nei gas; conduttanza di tubazioni in vari
regimi di flusso; numero di Reynolds. Conduttanza di capillari; effusione e diffusione gassosa e fenomeni di
arricchimento.
I vari argomenti sono integrati con esempi illustrativi.
Testi consigliati
Consultare il docente
SISTEMI NANOSTRUTTURATI
9CFU
Prof.ssa Loredana Latterini
Dip. Chimica - Tel. 075-5855636/5855609
e-mail: [email protected]
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Programma
- Introduzione ai materiali nanostrutturati, relazione tra dimensionalità e proprietà chimiche e fisiche.
- Definizione di nanoparticelle come materiali zero-dimensionati; materiali zero-dimensionati in sospensioni
colloidali.
- Sintesi di nanoparticelle mediante metodi chimici. Termodinamica del processo di nucleazione in
soluzioni omogenee e del processo di crescita. Fattori che influenzano la cinetica di crescita di nuclei stabili.
- Sintesi di nanoparticelle colloidali; procedure basate sul controllo dell’equilibrio termodinamico del
processo di nucleazione dei precursori e crescita di nanoparticelle; metodi basati sul controllo cinetico della
crescita in ambienti confinati; terminazione del processo di crescita.
- Sintesi di nanoparticelle metalliche, nanoparticelle di semiconduttori; nanoparticelle di ossidi di
semiconduttori; nanoparticelle organiche; nanomateriali ibridi.
- Metodi di caratterizzazione morfologica e dimensionale; microscopia elettronica: interazioni di un fascio
di elettroni con la materia nano e/o micro-strutturata; metodi di rivelazione degli elettroni per la costruzione
di immagini; microscopia elettronica a scansione; microscopia elettronica a trasmissione; analisi elementare
e strutturale. Microscopie a scansione con sonda: principi di funzionamento basato su circuito di feedback e
concetto di ingrandimento digitale; tipologie di sonde e misurazione delle interazioni sonda-campione;
microscopia a scansione di tunneling; microscopia a forza atomica;
- Proprietà elettroniche di nanomateriali in relazione alle dimensioni. Struttura dei livelli elettronici trattata
mediante modelli pseudo-atomici; fenomeni di confinamento quantico dell’elettrone; fenomeni collettivi;
modi plasmonici descritti mediante teoria di Mie; condizioni di risonanza plasmonica.
- Metodi di caratterizzazione delle proprietà elettroniche ed ottiche di materiali nanostrutturati; metodi
stazionari e pulsati di bulk; metodi di singlola particella.
- Metodi di manipolazione chimica della superficie di nanoparticelle; procedure di passivazione o
funzionalizzazione superficiale.
- Metodi di caratterizzazione superficiale; misure di potenziale Z.
- Applicazioni di materiali nanostrutturati in campo bio-medico e dei materiali polifunzionali.
Testi consigliati:
Consultare il docente
MECCANISMI DELLE REAZIONI ORGANICHE
9CFU
Prof. Tiziana Del Giacco
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855559
e-mail: [email protected]
Programma:
Elementi di cinetica: riepilogo delle principali equazioni cinetiche; tipologia di reazioni; approssimazione
dello stato stazionario; interpretazione meccanicistica dell’espressione di velocità; parametri di attivazione.
Intermedi di reazione e loro studio: principali tipi di intermedi; isolamento, cattura ed individuazione di
intermedi di reazione.
Uso di isotopi: uso non cinetico di isotopi; effetti isotopici cinetici primari e secondari del deuterio; effetti
isotopici cinetici con elementi pesanti.
Correlazioni lineari di energia libera: equazione di Hammett, equazione a due parametri.
Catalisi acido-base: catalisi acida e basica, generale e specifica.
Metodi sperimentali per la misura della velocità: monitoraggio del decorso cinetico; metodi strumentali di
analisi.
Studio del meccanismo delle principali classi di reazioni. Alcuni esempi applicativi.
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Testi consigliati:
P. Sykes, Introduzione ai Meccanismi della Chimica Organica, Zanichelli, 1997.
E. Baciocchi, G, Marino, Chimica Organica, Reattività e struttura, USES, 1982.
G. Molteni Elementi di Chimica organica fisica, Aracne, 2009.
Dispense a cura del docente.
ESPERIENZE PROFESSIONALI
4CFU
Coordinatore Prof. Renzo Ruzziconi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855543
e-mail: [email protected]
Programma
Il corso prevede una serie di conferenze tenute da operatori chimici del mondo produttivo e del mondo dei
servizi pubblici, con l’intento di offrire un panorama variegato delle opportunità di lavoro alle quali possono
aspirare i laureati magistrali in scienze chimiche.
INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre
Curriculum Chimica Fisica
CHIMICA FISICA AVANZATA
13CFU
MODULO: DINAMICA IN PROCESSI FLUIDI
6CFU
Prof.ssa Assunta Morresi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855589
e-mail: [email protected]
Programma
Parte teorica
Trasformate di Fourier: introduzione teorica, teoremi fondamentali, proprietà nel dominio dei tempi e delle
frequenze. Trasformate continue e discrete.
Scattering di luce e fluttuazioni: funzioni di correlazione dipendenti dal tempo. Densità spettrale.
Teoria di base dello scattering di luce: risultati dalla teoria elettromagnetica e approccio molecolare. Gradi
di libertà traslazionali, vibrazionali e rotazionali: approccio mediante esperimenti di scattering di luce.
Fluttuazioni di densità. Diffusione rotazionale di molecole lineari e anisotrope. modello Stokes-EinsteinDebye. Macromolecole in soluzione. Trattazione classica e quantistica per l’analisi delle proprietà del
tensore di polarizzabilità molecolare. Teoria dello scattering Raman e Rayleigh depolarizzato. Rilassamento
vibrazionale. Rilassamento di popolazione e di fase. Modello stocastico di defasamento. Scattering di luce
da modi idrodinamici: lo spettro Brillouin di un fluido monoatomico. Modelli dinamici di transizioni
vetrose.
Parte Sperimentale
Spettroscopia Infrarossa a Trasformata di Fourier. Interferometri. Algoritmo della Fast Fourier Transform.
Campionamento nell’IR e nel Raman. MicroRaman.
Esperimento di scattering di luce e geometrie. Applicazione dei modelli rotazionali in piccole molecole allo
stato liquido. Calcolo delle funzioni di correlazione e dei parametri dinamici ottenuti da esperimenti di
assorbimento IR e scattering di luce: momenti secondi, tempi di correlazione e di rilassamento vibrazionali
e orientazionali, volumi idrodinamici.
Testi consigliati:
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Consultare il docente.
MODULO: INDAGINI DI SISTEMI COMPLESSI
7CFU
Prof. Pier Luigi Gentili
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855576
e-mail: [email protected]
Programma:
Entropia e freccia del tempo. Termodinamica di non-equilibrio. Flussi e forze. Regime lineare e non-lineare.
Produzione di entropia e criteri di evoluzione di sistemi fuori dall’equilibrio. Stati stazionari stabili, instabili
ed oscillanti. Reazioni chimiche oscillanti, onde chimiche. Regime non-lineare: Complessità e Caos.
Proprietà dei sistemi Complessi. Proprietà del Caos: geometria frattalica. Convezione. Ruolo della
radiazione solare nei confronti della vita sul pianeta terra: aspetti termodinamici relativi allo sfruttamento
della radiazione solare.
Si effettueranno 4 esperienze di laboratorio riguardanti le tematiche svolte nella parte teorica del corso.
Testi consigliati:
Consultare il docente.
SPETTROSCOPIA MOLECOLARE
8CFU
Prof.ssa Paola Sassi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855585
e-mail: [email protected]
Programma:
Introduzione alla spettroscopia molecolare.
Descrizione delle proprietà elettriche della materia. Equazione di Schröedinger e approssimazione di BornOppenheimer. I gradi di libertà molecolari. Descrizione classica della radiazione elettromagnetica. Teoria
delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Coefficienti di Einstein. Ampiezza naturale di banda. La legge di
Lambert-Beer.
Requisiti generali della strumentazione
Le sorgenti e i detectors. I monocromatori. Gli interferometri Fabry-Perot e Michelson
La spettroscopia rotazionale di molecole biatomiche
Il rotatore rigido: trattazione classica e quantomeccanica (cenni). Livelli energetici, popolazione dei livelli,
regole di selezione e spettri rotazionali. Effetto Stark. Il rotatore non rigido.
La spettroscopia Raman rotazionale
Diffusione Rayleigh e diffusione Raman. Interpretazione dell'effetto Raman. Ellissoide di polarizzabilità.
Regole di selezione nell'effetto Raman. Spettri Raman rotazionali di molecole biatomiche. Cenni sulla
strumentazione. Livelli rotazionali e statistica nucleare.
La spettroscopia rotazionale di molecole poliatomiche
Momenti principali di inerzia, ellissoide dei momenti e classificazione delle molecole in base ai loro
momenti d'inerzia. Molecole lineari: regole di selezione e spettri rotazionali, determinazione di distanze di
legame, effetto Stark. Spettri rotazionali di rotori prolati e oblati. Spettri Raman rotazionali di molecole topsimmetriche. Spettri di molecole asimmetriche.
La spettroscopia vibrazionale di molecole biatomiche
L'oscillatore armonico: trattazione classica e quantomeccanica (cenni). Livelli energetici, regole di selezione
e spettri vibrazionali. Funzioni di energia potenziale per un legame chimico. L'oscillatore non armonico.
Energie di dissociazione. La spettroscopia Raman vibrazionale: teoria classica e quantistica. Geometrie di
scattering e proprietà di polarizzazione.
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La spettroscopia vibrazionale di molecole poliatomiche
Gradi di libertà vibrazionali. La natura delle vibrazioni normali e delle coordinate normali. Trattazione
quantomeccanica delle vibrazioni molecolari (cenni). Frequenze di gruppo. Cenni di teoria dei gruppi. Le
proprietà di simmetria delle coordinate normali. Regole di selezione: l’attività infrarossa e Raman. Calcolo
delle frequenze vibrazionali e delle coordinate normali di H2O.
Gli spettri vibrorotazionali
Regole di selezione e transizioni per il modello Rotatore rigido-oscillatore armonico. Accoppiamento di
rotazioni e vibrazioni. Bande parallele e perpendicolari di molecole lineari e symmetric top.
Gli spettri elettronici di molecole biatomiche
Classificazione degli stati elettronici di una molecola. Regole di selezione. Analisi vibrazionale di un
sistema di bande. Sequenze e progressioni. Tavola di Deslandres e sua utilizzazione per derivare costanti
molecolari. Struttura rotazionale delle bande in uno spettro elettronico (parabole di Fortrat). Valutazione
delle energie di dissociazione.
La spettroscopia Raman risonante
Teoria di Kramers-Heisemberg-Dirac dell’effetto Raman. Intensificazione per risonanza. Fattori di disturbo
allo scattering risonante. Risonanza Franck-Condon e fenomeni di accoppiamento vibronico. Profili di
eccitazione RR.
Testi consigliati:
J. M. HOLLAS, High resolution Spectroscopy, Second Edition, John Wiley & Sons, 1998.
J.L. McHALE, Molecular Spectroscopy, First edition, Prentice Hall, 1999.
DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE
8CFU
Prof. Piergiorgio Casavecchia
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075 585 5514
e-mail: [email protected]
webpage: http://www.chm.unipg.it/chimgen/mb/exp3/casavecchia.html
Programma:
1.
Che cosa è la dinamica di reazione?
Dalla cinetica alla dinamica di reazione. Richiami di teoria cinetica dei gas: distribuzione delle velocità di
Maxwell-Boltzman.Reazioni elementari e reazioni complesse. Dalle sezioni d’urto reattive alle costanti di
velocità di reazione.
2.
Superfici di energia potenziale
Calcoli di superfici di energia potenziale. L’approssimazione di Born-Oppenheimer. Tipi di superfici di
energia potenziale. Moto sulla superficie di energia potenziale. Superfici adiabatiche e non-adiabaticità
nelle reazioni chimiche.
3.
Collisioni molecolari
Lo scattering come sonda della dinamica molecolare di reazione.
“Full-collisions”: collisioni (bimolecolari) elastiche, inelastiche e reattive.
“Half-collisions”: collisioni molecola-fotone (fotodissociazione).
SCATTERING ELASTICO: Sezioni d’urto elastiche e Potenziali Intermolecolari isotropi.
SCATTERING INELASTICO: Sezioni d’urto inelastiche e Potenziali Intermolecolari anisotropi. Processi
di trasferimento di energia e anisotropia del potenziale.
Cenni ad informazioni sui potenziali intermolecolari da proprietà macroscopiche della materia e da
proprietà spettroscopiche.
SCATTERING REATTIVO: Sezioni d’urto reattive e Dinamica di Reazione. Distribuzioni angolari e di
velocità dei prodotti nel sistema del laboratorio e nel sistema del centro di massa. Distribuzioni di
30
popolazione rotazionali e vibrazionali dei prodotti. Meccanismi di reazione: strappamento (“harpooning”),
rimbalzo, e complesso a lunga vita. Stereodinamica delle reazioni chimiche.
4.
Tecniche sperimentali
Descrizione delle tecniche sperimentali usate nello studio della dinamica di reazione e di fotodissociazione
ed esempi.
TECNICHE SPETTROSCOPICHE risolte nel tempo (pump-probe) in flusso: Chemi-luminescenza
infrarossa; metodi spettroscopici laser (Laser Induced Fluorescence - LIF, Resonant Enhanced Multi-Photon
Ionization - REMPI, Infrared (IR) absorption).
TECNICHE A FASCI MOLECOLARI INCROCIATI con rivelazione (a) “universale” a spettrometria di
massa via ionizzazione con elettroni o fotoni VUV e analisi in tempo di volo, (b) spettroscopica (LIF,
REMPI, assorbimento IR), (c) “Ion-imaging”, (d) “Hydrogen atom Rydberg tagging”.
DINAMICA DI REAZIONE IN TEMPO REALE con tecniche spettroscopiche al femto-secondo (FemtoChimica).
5.
Calcoli di dinamica di reazione su superfici di energia potenziale
Dalla superficie di energia potenziale alla dinamica di reazione. Calcoli di traiettorie quasiclassiche (QCT) e
calcoli quantistici di dinamica di reazione su superfici di energia potenziale. Probabilità di reazione e
sezioni d’urto integrali e differenziali. Correlazioni fra la topologia delle superfici di energia potenziale e la
dinamica di reazione. Specificità nel rilascio e selettività nel consumo di energia nelle reazioni chimiche.
Regole di Polanyi. Confronti esperimento-teoria (calcoli quantistici esatti e calcoli QCT su superfici di
energia potenziale ab initio) per sistemi reattivi sia semplici che complessi (dalle reazioni H+H2 e F+H2
alle reazioni poliatomiche).
Oltre l’approssimazione di Born-Oppenheimer: Effetti non-adiabatici nella dinamica di reazioni
bimolecolari. Effetti tunnel e di risonanza nelle reazioni chimiche.
6.
Dinamica delle reazioni di fotodissociazione
Dallo spettro di assorbimento alla fotodissociazione di molecole con selezione di stato quantico. Chimica
fotoselezionata: accesso alla regione dello stato di transizione. Tipi di processi di fotodissociazione. Identità
dei prodotti e canali elettronici di foto-frammentazione. Scattering come sonda della dinamica molecolare di
fotodissociazione: SPETTROSCOPIA DI FOTOFRAMMENTAZIONE. Sezioni d’urto di
fotodissociazione. Distribuzioni vibrazionali e rotazionali dei prodotti. Distribuzioni angolari dei
fotoframmenti e correlazioni vettoriali. Anisotropia delle distribuzioni angolari dei fotoframmenti e tempi di
vita delle molecole eccitate. Fotodissociazione di singoli stati quantici. I vari livelli delle sezioni d’urto di
fotodissociazione.
Fotodissociazione in tempo reale con tecniche spettroscopiche al femtosecondo.
Rilevanza dei processi di fotodissociazione nella chimica dell’atmosfera ed oltre. Esempi: La
fotodissociazione dell’ossigeno molecolare, dell’ozono, dell’acqua, della formaldeide, dell’acetaldehyde, di
composti aromatici, etc.
7.
Ulteriori tecniche di indagine in dinamica di reazione e fotodissociazione
Controllo vibrazionale delle reazioni chimiche: Reagenti selezionati in stato quantico e chimica “bondselective” e “state-specific”. Estensione alle reazioni in fase liquida.
Investigazione diretta dello “stato di transizione” di una reazione con tecniche a fasci molecolari e
spettroscopiche al femto-secondo (Femtochimica), e mediante spettroscopia di fotoelettroni di ioni negativi.
8.
Dinamica di reazione gas-superficie solida, gas-superficie liquida e in fase liquida (cenni).
9.
Esperienze di laboratorio. Durante il corso gli studenti avranno l’opportunità di prendere contatto
fisico diretto, attraverso due esperienze di gruppo, con:
(a) la tecnica dei fasci molecolari incrociati con rivelazione a spettrometria di massa a quadrupolo con
ionizzazione a bombardamento di elettroni ed analisi in tempo di volo (dei reagenti e dei prodotti) per lo
studio della dinamica di una reazione chimica.
31
(b) la tecnica sperimentale LIF (Laser-Induced-Fluorescence) e REMPI (Resonance-Enhanced-MultiPhoton-Ionization) mediante laser pulsato tunabile a colorante per la caratterizzazione degli stati quantici
interni (roto-vibrazionali) di una molecola o un radicale e degli stati spin-orbita di un atomo in fascio
molecolare.
Testi consigliati:
1. Tutorials in Molecular Reaction Dynamics, (ed. M. Brouard & C. Vallance), Royal Society of Chemistry
Publishing (2010)
2. Molecular Reaction Dynamics, R. D. Levine, Cambridge University Press (2005).
3. Chemical Kinetics and Reaction Dynamics, P. Houston, McGraw-Hill (2001).
4. Photodissociation Dynamics, R. Schinke, Cambridge Monographs on Atomic, Molecular and Chemical
Physics, Cambridge University Press (1993).
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Curriculum Chimica Inorganica
MECCANISMI E DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE
12CFU
MODULO: FONDAMENTI TEORICI
6CFU
Prof. Antonio Laganà
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855527
e-mail: [email protected]
Programma
- Dai sistemi complessi alle reazioni elementari
- Reazioni elementari e modelli interpretative statistici
- Collisioni bimolecolari e relativi parametri
- Curve e superfici di energia potenziale
- La reattività classica per potenziali modello
- L’angolo di deflessione elastico per collisioni a due corpi su potenziali modello
- La sezione d’urto differenziale e integrale
- Relazioni fra sezioni d'urto e costanti di velocita'.
- La crisi della meccanica classica
- L’approccio quantistico e il limite semiclassico
- I sistemi a più di due corpi e i sistemi di coordinate
- Il moto dei nuclei su superfici di energia potenziale:
- Meccanismi di reazione
- I force field per sistemi complessi
- La dinamica molecolare
- Esempi di sistemi prototipo
Testi consigliati
Dispense del docente
MODULO: ASPETTI SPERIMENTALI
6CFU
Prof. Nadia Balucani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855507
e-mail: [email protected]
Programma
- Requisiti per lo studio sperimentale delle reazioni chimiche in condizioni di collisione singola
- Tecniche del vuoto
- Chemiluminescenza
- Tecniche in flusso risolte nel tempo di tipo 'pump-probe'
- Tecniche a fasci molecolari incrociati
- Metodi di rivelazione: tecniche spettroscopiche e spettrometria di massa - Tecniche con impiego di laser al
femtosecondo e di luce di sincrotrone
- Studi mediante tecniche a fasci incrociati di alcuni sistemi prototipo di interesse in chimica dell'atmosfera,
della combustione e degli spazi stellari - Studio in laboratorio di una reazione chimica elementare tramite la
tecnica dei fasci molecolari incrociati
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Testi consigliati:
Note a cura dei docenti. Per ulteriori approfondimenti si rimanda al testo "Molecular Reaction Dynamics" di
R.D. Levine, Cambridge University Press
CHIMICA QUANTISTICA MOLECOLARE
9CFU
Prof. Francesco Tarantelli
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855531
e-mail: [email protected]
Programma
Approfondimenti di chimica quantistica. Teoria delle distribuzioni. Moto di pacchetti d'onde. Propagatori.
Stati quasi-stazionari e risonanze. Algebra dei momenti angolari. Autofunzioni di spin e metodi per la loro
determinazione. Teoria delle perturbazioni. Serie di Brillouin-Wigner e serie di Rayleigh-Schroedinger.
Size-consistency. Analisi dei primi termini delle serie. Formulazione matriciale e caso quasi-degenere.
Hamiltoniano effettivo. Teoria Moller-Plesset. Il formalismo della seconda quantizzazione. Operatori di
creazione e distruzione e loro algebra. Operatori di campo. Trasformazione di orbitali e teorema di
Thouless. Hartree-Fock in seconda quantizzazione e matrice hessiana dell’energia. Teorema di Brillouin.
Stabilità della funzione d’onda HF. Il metodo RPA. Sviluppo in cluster della funzione d?onda e metodo
Coupled-Cluster. Interazione di Configurazione. Full CI e troncamento. SDCI e MRCI. MSSCF, CASSCF e
sue varianti. Aspetti computazionali. Introduzione ai metodi basati su funzioni di Green. Funzione di Green
ad una particella. Rappresentazione spettrale. Lo spettro di ionizzazione. L’equazione di Dyson. Altre
funzioni di Green per la spettroscopia molecolare. Introduzione alla teoria delle perturbazioni dipendente
dal tempo. Sviluppo perturbativo dell’operatore di evoluzione temporale. Teoria della risposta lineare.
Suscettività generalizzata e spettro di eccitazione. Time-dependent DFT. Esempi di perturbazione:
perturbazione constante e perturbazione periodica.
Testi consigliati:
Materiale messo a disposizione dal docente.
CHIMICA DEI MATERIALI INORGANICI
8CFU
Prof. Mario Casciola
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 078-5855567
e-mail: [email protected]
Programma
FORMAZIONE DI SOLIDI DA FASI LIQUIDE
Definizione di materiale.
Definizione di sol, di gel e di processo sol-gel. Xerogels e aerogels.
Fattori che influenzano la stabilità di un sol: fattori sterici ed elettrostatici. Distribuzione della carica
all’interfaccia particella-solvente; potenziale zeta. Coagulazione e peptizzazione.
Reazioni sol-gel degli alcossi silani.
Idrolisi e condensazione catalizzate da acidi e basi: fattori sterici e fattori induttivi. Caratteristiche dei gel di
silice ottenuti in ambiente acido e basico. Invecchiamento ed essiccamento: super crytical drying.
Chimica sol-gel per la sintesi degli ossidi metallici. Precursori inorganici: reazioni di olazione ed
ossolazione. Precursori alcossidi: reattività in funzione delle dimensioni e dell’elettronegatività del metallo
e del grado di oligomerizzazione dell’alcossido.
Materiali ibridi inorgano-organici.
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Materiali ottenuti per intrappolamento di molecole organiche in un gel. Materiali ottenuti per
funzionalizzazione di un gel con molecole organiche legate covalentemente. Polimeri ibridi inorganoorganici: formazione di reticoli inorganici attorno a una struttura organica preformata, formazione di reticoli
inorgano-organici da precursori che hanno una funzionalità organica e una inorganica, formazione di
polimeri ibridi a partire da una struttura inorganica preformata.
Siliconi
Unità strutturali; proprietà e tipi di siliconi; proprietà e natura dei gruppi funzionali. Processo Müller –
Rochow per la preparazione dei siliconi.
Vetri
Definizione di vetro. Fattori che influenzano la formazione di un vetro: elettronegatività e tipo di legame,
viscosità, fattori strutturali (regole di Zachariasen). Formazione di vetri e cristallizzazione: velocità di
nucleazione e crescita dei cristalli in funzione della temperatura; curve TTT. Caratteristiche della silice
vetrosa; vetri a base di silicati e di borati; vetri commerciali: pyrex e vycor; vetri a base di calcogeni; vetri
ceramici; vetri metallici.
Precipitazione
Caratteristiche del precipitato in relazione alla velocità di formazione dei nuclei e alla velocità di crescita
dei cristalli. Formazione di precipitati per idrolisi forzata e per decomposizione di complessi di ioni
metallici. Precipitazione controllata a doppio getto. Processi solvotermici; sintesi idrotermali, crescita
idrotermale di cristalli singoli.
FORMAZIONE DI SOLIDI DA GAS
Trasporto in fase vapore e sue applicazini nella purificazione dei metalli, nella separazione di sostanze e
nella sintesi. Lampade alogene.
Deposizione chimica da fase vapore (CVD).
Definizione, generalità e usi. CVD per materiali multi-elemento. Velocità di crescita dei films. Reattori a
pareti calde e fredde. CVD per la deposizione di alluminio e di silice.
Tecniche di tipo CVD: plasma enhanced CVD, laser assisted CVD, atomic layer deposition.
Processi non-CVD: deposizione fisica da fase vapore (PVD), molecular beam epitaxy.
Processi aerosol.
Generalità. Coversione gas-particella, morfologia delle particelle e degli aggregati, processo Aerosil.
Coversione particella-particella, morfologia delle particelle. Tipi di reattori per il processo aerosol: fiamma,
fornace, laser, plasma. Formazione di films mediante il processo aerosol.
REATTIVITÀ DEI SOLIDI
Reazioni solido-solido controllate dalla diffusione dei reagenti; reazioni solido-solido controllate dalla
formazione dei nuclei. Processi di sinterizzazione.
Reazioni di intercalazione.
Intercalazione nei materiali a strati. Meccanismi di intercalazione e rigidità degli strati. Tipi di
intercalazione: diretta, elettrointercalazione, intercalazione di polimeri, pillaring di composti a strati.
Intercalazione diretta: basi di Lewis nel fosfato di zirconio, alogeni e metalli nella grafite, metalli alcalini
nei disolfuri dei metalli di transizione.
Elettrointercalazione: intercalazione – deintercalazione di Li nelle batterie al litio.
Intercalazione di polimeri: intercalazione diretta del polimero preformato, intercalazione di monomeri e
polimerizzazione in-situ, riaggregazione della specie ospitante esfoliata in una soluzione del polimero.
Pillaring di composti a strati: intercalazione dello ione Keggin; composti pillared derivanti dalla
funzionalizzazione degli strati del fosfato di zirconio; uso di composti pillared nella catalisi selettiva di
forma.
SILICATI
Classificazione dei silicati: ortosilicati, sorosilicati, ciclosilicati, silicati a catena infinita (pirosseni e
anfiboli), fillosilicati. Allumino silicati tridimensionali: feldspati e zeoliti.
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Zeoliti: gabbia sodalitica, caratteristiche strutturali, proprietà di scambio ionico e catalitiche in relazione al
rapporto Si/Al; impiego delle zeoliti nella catalisi selettiva di forma.
Fillosilicati: caratteristiche strutturali (strati di tipo OT e TOT, di-ottaedrici e tri-ottaedrici). Sostituzione
isomorfa di Si(IV) con Al(III) nei siti tetraedrici e di Al(III) con Mg(II) nei siti ottaedrici. Argille:
rigonfiamento ed esfoliazione.
Argille anioniche.
POLIMERI INORGANICI
Polisilossani, polifosfazeni, polisilani: aspetti sintetici, proprietà e applicazioni.
Testi consigliati
A.R. West, “Solid State Chemistry and its applications”, J. Wiley
U. Schubert, N. Hüsing, “Synthesis of Inorganic Materials”, Wiley-VCH
Curriculum Chimica Organica
CHIMICA ORGANICA 3
12CFU
MODULO: SINTESI ORGANICA
6CFU
Prof. Ferdinando Pizzo
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855546
e-mail: [email protected]
Programma:
Stereochimica della reazione di addizione nucleofila al gruppo carbonilico
Le regole di Cram, Karabatos, Felkin, Felkin Anh e Cornforh. Studio della stereo selettività nelle reazioni di
addizione nucleofila dei chetoni ciclici.
Gruppi Punto Classificazione dei composti chimici sulla base del gruppo punto di appartenenza. Gruppi
punto in cui sono incluse molecole chirali C1, Cn e Dn. Gruppi Punto che includono molecole achirali: Cs
(C1h) Sn, Cnv, Cnh, Dnd e Dnh. I gruppi punto dei solidi platonici: Tetraedrico (Td), Cubico (O) e
Icosaedrico (Ih) .
La simmetria mediata. La simmetria e le proprietà chimico fisiche dei composti organici.
Ossido-riduzioni I metalli di transizione come ossidanti delle funzionalità organiche. Ossidazioni tramite il
dimetil solfossido, il reagente di Dess-Martin e perossidi.
Catalisi eterogenea nella reazione di addizione di idrogeno al doppio legame carbonio-carbonio, alla
funzionalità carbonilica, carbossilica e suoi derivati, al gruppo nitro e ciano.
Reattività e selettività nelle riduzioni delle principali funzionalità organiche tramite gli idruri del boro e
dell’alluminio. Il ruolo della chelazione nel trasferimento di un idruro alla funzionalità carbonilica.
Trasferimento di idruro dal silicio e dal carbonio. Riduzione di Meerwein-Pondorff-Verley.
Riduzioni tramite il trasferimento di atomi di idrogeno. I metalli come agenti riducenti di chetoni, enoni,
composti aromatici e alchini. Riduzione di Birch del benzene e dei suoi derivati.
La reazione di addizione aldolica Controllo cinetico e termodinamico nella preparazione degli enolati di
litio, boro, titanio, stagno e zirconio.
Gli enolati come donatori nelle reazioni con i composti carbonilici.
Il ruolo dei fattori sterici, elettronici e della chelazione nel controllo della stereoselettività semplice, facciale
e pseudo semplice nell’addizione aldolica.
L’addizione aldolica nella sintesi di molecole di interesse applicativo.
Controllo della reattività e selettività nelle reazioni di addizione aldolo-like
Reazioni di: Knoevenagel, Perkin, Peterson, Darzens, Michael, Robinson, Mannich e Wittig e Wittig
correlate. Sintesi di molecole”target” tramite le reazioni aldolo-like.
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Le reazioni pericicle nella sintesi organica Le reazioni pericicliche nella sintesi di molecole organiche
target. Il controllo della stereochimica nella preparazione di pirrolidine e piperidine di interesse tramite la
reazione di Diels-Alder, le reazioni di cicloaddizione 1,3-dipolare e i riarrangiamenti sigmatropici di tipo
[3.3] e [2.3].
Testo consigliato:
F. Carey and R.Sundber Advanced Organic Chemisrty Springer 5th Edition
MODULO: CATALISI IN CHIMICA ORGANICA
6CFU
Prof. Oriana Piermatti
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855559
e-mail: [email protected]
Programma
Aspetti fondamentali della catalisi: sostituzione della reazione stechiometrica con un ciclo catalitico.
Sviluppo sostenibile, impatto ambientale.
Aspetti cinetici della catalisi. Profilo di reazione e coordinata di reazione: pre-equilibrio, catalizzatore
precursore e catalizzatore attivo. Concetti base in catalisi: interazione catalizzatore/substrato, deattivazione
del catalizzatore, inibizione, avvelenamento. Numero di turnover (TOF) e frequenza di turnover (TOF).
Catalisi omogenea con complessi metallici. Scambio dei ligandi, dissociazione e coordinazione.
Catalisi omogenea senza metalli: acidi e basi di Brønsted, organocatalisi. Organocatalisi non covalente:
legame idrogeno. Organocatalisi covalente: formazione di enammine.
Uso dell’acqua come mezzo di reazione nella catalisi omogenea con complessi metallici e
nell’organocatalisi.
Catalisi asimmetrica omogenea. Applicazione alle principali classi di reazioni organiche: formazione del
legame carbonio-carbonio (condensazione aldolica, Michael, Mannich, Diels-Alder), ossidazioni e
riduzioni. Pro e contro della catalisi omogenea.
Catalisi eterogenea: recupero e riciclo del catalizzatore. Il concetto di sito attivo. Modello di LangmuirHinshelwood per la catalisi eterogenea. I supporti solidi: organici, inorganici, materiali ibridi organiciinorganici. La scelta del supporto: area specifica superficiale, accessibilità del substrato, stabilità.
Catalizzatori chirali supportati su matrici insolubili. Strategie per l’immobilizzazione del catalizzatore
omogeneo: adsorbimento, incapsulamento, legame covalente, interazione elettrostatica, autoassemblamento.
Confronto dell’attività catalitica per alcuni dei ligandi chirali più comuni: catalizzatore omogeneo vs
catalizzatore eterogeneo e nell’ambito dei catalizzatori eterogenei confronto tra i diversi tipi di supporto.
Testi consigliati:
Dispense del docente;
Catalysis: concept and green applications; Gadi Rothenberg, Wiley WCH, 2008.
Recoverable and recyclable catalysts; Maurizio Benaglia, Wiley, 2009
INTERAZIONI DEBOLI IN CHIMICA ORGANICA
9CFU
Prof. Raimondo Germani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie, Biologia e Biotecnologie- Tel. 075-585/5548 5538
e-mail: [email protected]
Programma
Le interazioni intermolecolari: principi e concetti generali
Aspetti generali delle forze intermolecolari. Forze di induzione e di dispersione. Interazioni tra specie
ioniche. Interazioni implicanti molecole polari. Forze ione-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto,
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dipolo istantaneo-dipolo indotto. Interazioni specifiche e direzionali. Il legame idrogeno, interazioni (HBA e
HBD). Classificazione e tipologie del legame idrogeno. Legame idrogeno a più centri. Interazioni electron
pair donatore (EPD) ed electron pair accettore (EPA). Effetto idrofobico. Classificazione delle interazioni in
base all’energia e alla distanza.
Interazioni soluto solvente
Classificazione generale dei liquidi in: molecolari, metallici, ionici. Introduzione sui liquidi ionici.
Classificazione dei solventi molecolari sulla base di alcune delle loro proprietà chimico-fisiche: permettività
relativa, pressione coesiva, pressione interna e fattore elettrostatico. Solventi livellanti e differenzianti
rispetto le proprietà acido-base di Brønsted. Solventi EPD e EPA. Scale della donicity (DN) e della
acceptivity (AN). Solventi polari e dipolari aprotici. Proprietà uniche dell'acqua. Polarità del solvente.
Parametri empirici della polarità del solvente. Scale basate sulle proprietà chimiche: effetto sugli equilibri
chimici e effetti sulle velocità di reazione. Scale della polarità del solvente basate su misure fisiche
(spettrofotometriche). Solvatazione, numero di coordinazione e di solvatazione. Solvatazione selettiva:
omo- e eteroselettiva. Effetto di sinergismo. Ionofori e ionogeni. Ionizzazione e dissociazione. Potere
dissociante e ionizzante del solvente. Coppie ioniche.
Effetti solvente sulla posizione di equilibri chimici in fase omogenea
Considerazioni generali. Effetti solvente sugli equilibri tautomerici. Effetti solvente su equilibri prototropici
e cenno sui metallotropici. Rassegna dei diversi equilibri tautomerici prototropici influenzati dal solvente:
cheto-enolico, immino-enamminico, ammina-immino, azo-idrazone, lattame-lattime, ammide/acido
imminico, anello-catena. Effetti solvente sugli equilibri acido-base di Brønsted e di Lewis. Confronto scale
di acidità e basicità tra la fase gassosa ed acqua. Effetti solvente su equilibri conformazionali di sistemi
acicli e ciclici. Effetti solvente su equilibri di isomerizzazione cis/trans e E/Z.
Effetti solvente sulla velocità di reazioni chimiche in fase omogenea
Considerazioni generali. Reattività in fase gassosa. Confronto della reattività di nucleofili in fase gassosa ed
in fase liquida. Teoria qualitativa degli effetti solvente sulle velocità di reazione. Regole di Hughes-Ingold e
loro limiti. Effetto solvente per reazioni con stato di transizione di tipo dipolare o isopolare. Teoria
quantitativa degli effetti solvente sulle velocità di reazione: considerazioni generali ed applicazione a
reazioni tra molecole neutre ed apolari, neutre e dipolari, neutre e ioni e tra ioni. Effetti di solvatazione
specifica sulle velocità di reazione. Influenza della solvatazione anionica specifica sulla velocità di reazioni
di tipo SN. Reazione monomolecolare di decarbossilazione spontanea del 6-NBIC un eclatante esempio di
solvatazione anionica specifica. Effetti di solventi protici e dipolari aprotici su reazioni di tipo SN e
separazione degli effetti. Accelerazione delle reazioni base catalizzate in solventi dipolari aprotici. Influenza
della solvatazione specifica di cationi sulla velocità di reazioni di tipo SN. Influenza del solvente sulla
reattività di nucleofili ambidendati mesomerici. Esempi di effetto del solvente sul meccanismo e sulla
stereochimica di alcune reazioni organiche. Effetto sale sulla cinetica di reazione. Effetto positivo e
negativo, primario e secondario.
Interazioni deboli in sistemi nanostrutturati organici
Introduzione generale. Classificazione delle nanostrutture. Approcci sintetici generali.
Sistemi supramolecolari assemblati covalentemente
Molecole container e loro ospiti. Riconoscimento molecolare. Principi base. Effetto chelato ed effetto
macrociclo. Complementarità topografica e chimica. Preorganizzazione. Complessi di inclusione. Sistemi
supramolecolari “host-guest”: eteri corona e derivati, calissareni, sferandi e altri cavitandi. Approcci
sintetici: metodo dell’estrema diluizione, metodo del metallo templante. Strutture oligomeriche:
ciclodestrine dendrimeri e nanotubi di carbonio. Strutture, proprietà ed applicazioni in campo chimico e
medico dei vari sistemi.
Sistemi nanostrutturati auto organizzati
Principi generali dell'autoaggregazione e interazioni coinvolte. Ordine e mobilità in sistemi supramolecolari.
Aggregazione di molecole anfifiliche in: micelle, cristalli liquidi, idrogel, monostrati, doppi strati, vescicole
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e micelle inverse. Proprietà ed applicazioni. Effetti dei sistemi aut organizzati sulla reattività e selettività di
processi chimici. Cenni sulle interazioni di tali sistemi con biomolecole: enzimi e DNA.
Durante le lezioni frontali vengono eseguiti degli esperimenti dimostrativi a supporto dei concetti introdotti
durante le lezioni.
Testi consigliati:
C. Reichardt, Solvent and Solvent Effects in Organic Chemistry, VCH 4th Ed. 2010.
J. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Academic Press Ed. 1992.
J. W. Steed, J. L. Atwood, Supramolecular Chemistry, 2nd Ed. Wiley 2009.
CHIMICA ORGANICA SUPERIORE
8CFU
Prof. Renzo Ruzziconi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855543
e-mail: [email protected]
Programma:
LA REATTIVITA’ CHIMICA
Teoria deg1i orbita1i di frontiera. Richiami alla teoria MO, La teoria di Huckel. Orbitali di frontiera
HOMO, LUMO e SOMO. Il concetto di coordinata di reazione. Teoria della perturbazione degli orbitali,
l’equazione di Klopman e Salem. Concetti fondamentali sulla reattività chimica: basicità e nucleofilicità,
acidità ed elettrofilicità, nucleofili ed elettrofili hard e soft nucleofili ed elettrofili bidentati; lo ione enolato.
Processi a controllo cinetico e a controllo termodinamico, il postulato di Hammond, il principio di CurtinHammett, effetto ; effetti stereoelettronici.
Reazioni pericic1iche termiche. Le regole di Woodward-Hoffmann. Cicloaddizioni 1,3-dipolari, reazioni
chelotropicbe; riarrangiamenti sigmatropici: il riarrangiamento di Cope, il riarrangiamento 1,3-sigmatropico
di Berson e il riarrangiamento di Claisen e loro applicazioni alla sintesi organica. Reazioni elettrocicliche.
La reazione di Diels-Alder: reattività e selettività. Le reazioni 1,3-dipolari.
Reazioni pericicliche fotochimiche. Le regole di Woodward-Hoffmann per le reazioni pericicliche
fotochimiche. Cicloaddizioni fotochimiche, riarrangiamenti sigmatropici fotochimici, reazioni
elettrocicliche fotochimiche.
Reazioni di Trasposizione. Classificazione delle reazioni di trasposizione. Stereochimica delle trasposizioni.
Trasposizioni di carbocationi: trasposizione pinacolinica; il riarrangiamento chetone-fenolo; il
riarrangiamento di Favorskii; la sintesi di Arndt-Eistert. Trasposizione all’azoto elettron-deficiente: la
degradazione di Hoffmann delle ammidi, la trasposizione di Curtius, il riarrangiamento di Lossen, la
reazione di Schmidt, il riarrangiamento di Stieglitz. Trasposizione all’ossigeno elettron-deficiente: il
riarrangiamento di Baeyer-Williger; riarrangiamento di idroperossidi; il riarrangiamento di Stevens.
Reazioni radicaliche. Principi fondamentali delle reazioni radicaliche. Caratteristiche generali delle reazioni
a catena. Meccanismi fondamentali delle reazioni radicaliche: reattività e selettività. Confronto fra reazione
radicaliche e reazioni ioniche.
2.
FORMAZIONE DEL LEGAME CARBONIO-CARBONIO CON L’IMPIEGO DI COMPOSTI
ORGANOMETALLICI
Organometalli polari. Organometalli del litio, sodio, potassio, magnesio, zinco, mercurio e cadmio. Basicità
e nucleofilicità dei composti organometallici al carbonio, all’azoto e all’ossigeno; caratteristiche strutturali,
preparazione e reattività degli organometalli polari. Reazioni di scambio idrogeno/metallo, alogeno/metallo
e metallo/metallo e loro applicazioni alla sintesi organica. Gli organocuprati: caratteristiche strutturali,
preparazione e loro impiego nella sintesi organica.
Organometalli di transizione: teoria generale, il modello di Chatt-Dewar-Ducanson, la regola dei 18
elettroni, classificazione dei ligandi dei metalli di transizione. Effetti elettronici e stereochimici della
coordinazione. Caratteristiche strutturali e preparazione dei complessi dei metalli di transizione. Processi
39
fondamentali che coinvolgono i complessi dei metalli di transizione, il ciclo catalitico. Organometalli del
palladio, nichel e rutenio con particolare riferimento alle sintesi stereoselettive. Cenni sulle applicazioni
sintetiche dei complessi del cromo e del ferro.
Testi di riferimento:
Ian Fleming, "Molecular Orbitals and Organic Chemical Reactions", John Wiley & Sons, Ltd, Ed. 2010.
Dieder Astruc, "Organometallic Chemistry and Catalysis" Springer, Ed. 2007. Dispense del docente.
INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI II° ANNO - I° semestre
CATALISI INDUSTRIALE
6CFU
Prof. Alceo Macchioni
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855579
e-mail: [email protected]
Programma
- Breve storia della catalisi industriale: (1) relazione tra disponibilità di materie prime e sviluppo di
catalizzatori; (2) esempi selezionati di processi catalitici industriali attualmente utilizzati.
- Aspetti fondamentali della catalisi: (1) principi cinetici; (2) tipologia di legami chimici e stadi elementari
relativi ai complessi molecolari e alle superfici.
- Catalisi eterogenea: aspetti meccanicistici delle reazioni di conversioni del gas di sintesi, delle reazioni
d’idrogenazione e delle reazioni di ossidazione.
- Catalisi omogenea: reazioni di idroformilazione, reazioni di polimerizzazione e catalisi asimmetrica.
Testo consigliato:
R. A. van Santen, P. W. N. M. van Leeuwen, J. A. Moulijn, B. A. Averill, Catalysis: an Integrated
Approach, Elsevier, 2000.
CHEMIOINFORMATICA
6CFU
Prof. Gabriele Cruciani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855629
e-mail: [email protected]
Programma
Riepilogo concetti di chemiometria, rappresentazione molecolare (grafi, fingerprint, MIF) e minimizzazione
molecolare. Descrittori molecolari avanzate. QSAR e 3D-QSAR. Descrittori molecolari circolari: il metodo
Moka. Descrittori molecolari 3D: il metodo VolSurf. Applicazioni del metodo VolSurf nel campo
dell'ADME: assorbimento intestinale e penetrazione membrana emato-encefalica di xenobioti. Metodi di
calcolo di bitstrings e fingerprints. Metodi di calcolo similarità molecolare. Coefficienti di tanimoto et al. Il
metodo Flap per il calcolo della similarità molecolare. Il metodo Flap per il calcolo dell'affinità con
macromolecole. Il metabolismo di xenobioti: la problematica. Metodi computazionali per la predizione del
metabolismo. Il metodo MetaSite. Dagli esperimenti di LCMSMS alla struttura molecolare dei metaboliti.
Lezioni al computer applicando i programmi Sybyl, GRID, Moka, Volsurf, Flap e Metasite.
Testi consigliati:
Dispense fornite dal docente
CHIMICA BIOINORGANICA
6CFU
Prof.ssa Paola Belanzoni
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855618
40
e-mail: [email protected]
Programma
Introduzione al ruolo della chimica inorganica nei processi biologici. Gli elementi chimici essenziali in
biologia. Principi di chimica di coordinazione correlati alla bioinorganica: aspetti termodinamici e cinetici.
Struttura elettronica e struttura geometrica degli ioni metallici nei sistemi biologici. Proprieta' delle
molecole biologiche: proteine ed acidi nucleici. Controllo ed utilizzo della concentrazione degli ioni
metallici nelle cellule: biodisponibilita' degli ioni metallici, strategie di assunzione, unita' specializzate in
biologia, effetti tossici e benefici di ioni metallici. Interazione degli ioni metallici con proteine ed acidi
nucleici: legame, struttura e stabilita'. Proteine vettrici di elettroni. Trasferimento elettronico a lunga
distanza: teoria di Marcus. Metalloenzimi: legame del substrato ed attivazione mediante meccanismi non
redox. Chimica del trasferimento di atomi e di gruppi atomici: trasporto ed immagazzinamento di ossigeno
molecolare; reazioni di trasferimento di un atomo di ossigeno; metalloenzimi protettivi; reazioni dipendenti
dal coenzima B-12. Modulazione delle proprieta' dei metalli ad opera delle proteine per ottenere funzioni
specifiche. Fotosintesi clorofilliana e fotosintesi artificiale. Chimica inorganica dell'energia. Catalizzatori
per l'ossidazione dell'acqua.
Testi consigliati:
S.J. Lippard, J.M. Berg "Principles of bioinorganic chemistry" University Science Books, Mill Valley,
California
R.M. Roat-Malone "Bioinorganic chemistry - A short course" Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc.,
Hoboken, New Jersey
CHIMICA COMPUTAZIONALE
6 CFU
Prof. Antonio Laganà
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855527
e-mail: [email protected]
Programma
Paradigmi dell’evoluzione delle piattaforme computazionali
L’evoluzione delle cpu, della gestione e delle architetture
Concorrenza dei dati e delle istruzioni
Tassonomie di flusso, di memoria, di rete ed ibride
Cluster di PC su rete dedicata e pubblica
Parallelismo e alcolo distribuito
I middleware di grid e relativi servizi
Aspetti generali degli algoritmi concorrenti
Strutture iterative naturalmente disgiunte
Strutture iterative con vincoli
Confronto di algoritmi alternativi
Elementi avanzati di MPI
Implementazione concorrente problema di meccanica quantistica
Implementazione concorrente problema di meccanica classica
Testi consigliati
Dispense del docente
CHIMICA PER L’ENERGIA
6CFU
Prof.ssa Francesca Nunzi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855517
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e-mail: [email protected]
Programma
Principi di energetica: definizione di energia e di potenza e loro unità di misura. Utilizzo di energia nella
storia. Densità di energia e di potenza; energia e potenza specifica. Definizione di efficienza energetica.
Conservazione dell' energia: I e II principio della termodinamica. Principi di conversione. Tipi di energia e
loro classificazione. Sorgenti di energia: energia celestiale e capitalizzata. Riserve di energia.
Classificazione delle fonti rinnovabili. Le trasformazioni dell' energia: produzione di energia termica,
meccanica, elettrica. La rete elettrica in Italia. Richiesta e riserve di elettricità. Produzione di energia da
fonti tradizionali e da fonti rinnovabili.
Il problema dell' immagazzinamento dell' energia. Dispositivi per l' accumulo di energia. I sistemi
elettrochimici per l' accumulo di energia elettrica: differenze tra batterie, celle a combustibile e
supercondensatori (diagramma di Ragone). Batterie primarie: pila zinco-carbone, pila alcalina, pila zincoaria,pila ad argento, pila al litio. Batterie secondarie: batterie acide al piombo, pile alcaline (NiCd, NiMH,
ioni litio). Pile o celle a combustibile. L'idrogeno. Principali combustibili per la produzione di energia:
combustibili fossili, nucleari e solari. Il panorama energetico mondiale e nazionale: stime, riserve, scenari
futuri.
Energia solare ed elettricità. La struttura interna del sole, lo spettro della radiazione solare,definizione di air
mass. Energia dal sole: conversione in energia termica (solare termico) e in energia elettrica (celle solari o
fotovoltaiche). Tecnologie solari passive ed attive. Solare termico non concentrato e concentrato.
Conversione solare termochimica per la produzione di combustibili: le biomasse. Conversione fotochimica
per la produzione di combustibili solari. La fotosintesi naturale (sistemi antenna e centri di reazione
naturali). La fotosintesi artificiale (sistemi antenna e centri di reazione artificiali). La fotolisi dell' acqua.
Storia del solare fotovoltaico. Principi di funzionamento di una cella solare o cella fotovoltaica. Principi
fisici alla base del funzionamento di una cella solare: concetti base di fisica dello stato solido (strutture
cristalline; legame nei cristalli; gas di elettroni liberi; bande di energia); proprietà fondamentali dei cristalli
semiconduttori (conducibilità intrinseca; generazione dei portatori; ricombinazione e trasporto). Giunzione
p-n; la cella fotovoltaica; efficienza della cella solare; la curva voltamperometrica; le tre generazioni di celle
solari. Celle solari di prima generazione: celle al silicio mono e policristallino; celle solari dei composti del
III-V gruppo. Celle solari a film sottile: celle al silicio amorfo; cella a giunzione multipla; celle CdTe, CIS e
CIGS. Celle solari organiche. Proprietà elettroniche dei semiconduttori organici. Cella a eterogiunzione a
due strati e a eterogiunzione bulk. Sensibilizzazione di fotoconduttori. Celle solari fotosensibilizzate (celle
di Graetzel). Coloranti per celle di Graetzel (inorganici ed organici).Celle di Graeztel a stato solido.
Produzione di celle solari su scala industriale:dalle celle ai moduli.
Testi consigliati:
1.A. W. Culp Priciples of Energy conversion, McGrawHill in Maidenhead, 1991.
2. V. Balzani, N. Armaroli Energy for sustainable world: from the oil to a sun-powered future, Wiley-VCH,
2011
CRISTALLOCHIMICA
6 CFU
Prof. Ferdinando Costantino
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855563
e-mail: [email protected]
Programma
Introduzione alla cristallografia: cristallografia morfologica, prima e seconda legge della cristallografia
morfologica, classi e sistemi di simmetria, operatori di simmetria, indici di Miller, proiezioni stereografiche,
esercitazioni pratiche.
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Lo stato solido cristallino: solidi molecolari, solidi ionici, solidi ionico-covalenti, impacchettamento di
sfere, strutture a massimo impacchetamento, strutture tipo degli ossidi, energia reticolare. Costante di
Madelung e equazione di Kapunstinskii.
Cristallografia strutturale: legge di Laue, legge di Bragg, gruppi spaziali, gruppi di Laue, teoria della
diffrazione, interazione delle radiazioni con la materia, fattori di scattering, fattori termici, il fattore di
struttura, reticolo reciproco, sfera di Ewald, estinzioni sistematiche, metodi di determinazione e affinamento
strutturale, metodi diretti, metodi di Patterson, ottimizzazione nello spazio diretto, mappe di Fourier, Fourier
della differenze, sezioni di Harker, raffinamento con i minimi quadrati.
Strumentazioni: Sorgenti di Raggi X, sorgenti di laboratorio e luce di sincrotrone, monocromatori e
rivelatori di Raggi X, diffrattometri da cristallo singolo. Esercitazioni pratiche. Esercitazioni sui software
per la determinazione strutturale di piccole molecole.
Analisi della struttura cristallina: distanze e angoli di legame, fattori termici, interazioni non covalenti e
sopramolecolari.
Diffrazione da polveri: strumenti, sorgenti e rivelatori, line profile analysis, indicizzazione, metodi ab-initio,
raffinamento Rietveld.
Cristallografia e materiali: Analisi microstrutturali, difetti, equazione di Debye-Scherrer, size & strain,
analisi quantitativa, determinazione delle fasi ed esercitazioni pratiche su cementi e argille.
Termodiffrattometria in situ e termogravimetria accoppiate, studio sulla decomposizione termica di
materiali di sintesi.
Cenni su metodi di total scattering: Pair Distribution Function, equazione di Debye, analisi diffrattometriche
su nanoparticelle.
Cenni sulla cristallografia di macromolecole: metodi di cristallizzazione, problema della fase, raffinamento
e analisi della struttura.
Testi consigliati
Introduzione alla cristallografia moderna – C. Giacovazzo. Ed. Laterza 2010
Dispense del docente.
ENZIMI IN CHIMICA ORGANICA
6CFU
Prof. Antonio Cipiciani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855540
e-mail: [email protected]
Programma
Componenti strutturali degli enzimi. Catalisi enzimatica. Meccanismi nella catalisi enzimatica. Parametri
cinetici nella catalisi enzimatica e loro significato. Fattori che influenzano l’attività enzimatica. Misura
dell’attività enzimatica. Esempi di meccanismi di enzimi. Inibizione degli enzimi. Inibizione reversibile e
relativi modelli. Strategie per la determinazione dei parametri che quantificano l’inibizione. Misura di Ic50
e relativo impiego. Inibizione irreversibile. Inibitori tight binding. Inibizione time-dependent. Impiego degli
enzimi nella sintesi organica. Uso degli enzimi in mezzi non convenzionali. Tecnologie per la modulazione
dell’attività enzimatica. Immobilizzazione degli enzimi e relative tecniche
Testi consigliati
Consultare il docente.
FOTOCHIMICA
6CFU
Prof.ssa Anna Spalletti
Dip. Chimica - Tel. 075-5855575
e-mail: [email protected]
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Programma
Nozioni generali sulle radiazioni elettromagnetiche (natura, sorgenti, monocromatori, rivelatori ed
attinometri chimici) e sulle apparecchiature di uso comune nei laboratori fotochimici.
Natura degli stati elettronici eccitati e processi fotofisici di disattivazione. Parametri cinetici e rese
quantiche. Processi monomolecolari (radiativi e non radiativi) e bimolecolari (trasferimento di energia, di
carica e di protone, eccimeri ed ecciplessi). Processi fotochimici primari: dissociazione, riarrangiamento
intramolecolare, dimerizzazione, addizione, estrazione di idrogeno (intermolecolare ed intramolecolare).
Determinazione del meccanismo delle reazioni fotochimiche ed analisi dei fattori che possono influenzare la
direzione e la resa; possibilità pratica di guidare le fotoreazioni. Reazioni fotosensibilizzate.
Tecniche pulsate in fotochimica: studio di intermedi a vita breve in vari domini temporali e misura di tempi
di vita di stati eccitati.
Rassegna, descrizione ed analisi di alcune applicazioni tecnologiche ed industriali della fotochimica:
fotocromismo, sintesi, fotopolimerizzazione e fotoreticolazione, riproduzione dell'immagine,
fotosensibilizzazione e fotodegradazione, conservazione dell'energia solare, chemiluminescenza e
fotocatalisi.
Descrizione di fenomeni fotochimici naturali: fotosintesi, visione.
Testi consigliati
R. P. WAYNE, Photochemistry, Butterworths.
K. K. ROHATGI - MUKHERJEE, Fundamentals of Photochemistry, Wiley Eastern Limited
MATERIALI PER LE ENERGIE RINNOVABILI
6 CFU
Prof.ssa Daniela Lanari
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel: 075 585 5558
e-mail: [email protected]
Programma
- Introduzione al Corso: Materiali per l’energia e importanza delle metodologie usate per la loro
preparazione; l'Energia: analisi della produzione, del consumo e della conservazione; cenni sulle fonti di
energia rinnovabile e non rinnovabile.
- L'Energia Solare: Generalità; l'effetto fotovoltaico, le tre generazioni fotovoltaiche.
- Cenni sulle celle fotovoltaiche inorganiche: Celle al silicio mono e poli-cristallino; celle a film sottile:
silicio amorfo, CIGS, CIS, CdTe.
- Celle fotovoltaiche organiche: principi e limiti di funzionamento; celle ad eterogiunzione piana, ad
eterogiunzione dispersa(BHJ), celle ibride.
- Materiali organici coniugati molecolari e polimerici per la conversione fotovoltaica.
- Strategie per la sintesi: Reazioni di policondensazione; Metodo del precursore solubile; processi di
homocoupling ossidativo; reazioni di cross-coupling.
- Strategie sintetiche per modulare i valori di band-gap.
- Cross-coupling: generalità, meccanismi, ciclo catalitico, catalizzatori impiegati.
- Coupling di Suzuki, Heck, Sonogashira, Stille, Negishi: applicazioni alla sintesi di semiconduttori
organici.
- Esempi di polimeri organici semiconduttori: metodi di preparazione ed applicazioni:
- Poliparafenilenivinileni (PPV)
- Politiofeni (PT)
- Poliarilacetileni (PAA)
- Policarbazoli (PC)
- Polifluoreni (PF)
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- Piccole molecole organiche impiegate nel fotovoltaico organico (smBHJ): confronto con i semiconduttori
polimerici, sintesi ed applicazioni.
- Eteroarilazione diretta come approccio sintetico alternativo alle reazioni di cross-coupling: applicazioni e
limiti.
- Sostenibilità dei processi chimici: principi generali ed applicazioni alla sintesi di semiconduttori organici
- Reazioni di cross-coupling in flusso (reazioni in reattori e micro reattori).
- Sistemi catalitici eterogenei e recuperabili Palladio supportati
- Catalizzatori a base di metalli non preziosi
- Cenni sugli sviluppi futuri di materiale fotovoltaico auto-assemblante
Testi consigliati
Consultare il docente
METODI TEORICI PER LA DINAMICA MOLECOLARE
6 CFU
Dr. Andrea Lombardi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855511
e-mail: [email protected]
Programma
Collisioni molecolari in meccanica classica e quantistica.
Diffusione da potenziale, tecniche semiclassiche, transizioni non adiabatiche
Introduzione alla teoria del momento angolare.
Processi inelastici e reattivi. Coordinate ipersferiche.
Sezioni d’urto differenziali e integrali, costanti di velocità.
Testi consigliati:
Consultare il docente
MODELLISTICA DELLE MOLECOLE ORGANICHE
6 CFU
Prof.ssa Laura Goracci
Dip.di Chimica – Tel 075 58555632
e-mail: [email protected]
Programma
Introduzione alla “Drug Discovery”. Identificazione di un lead compound. Evoluzione della ricerca in Drug
Discovery. Definizione di proprietà ”Drug-like” di un composto chimico. Processi di Drug Discovery e
Drug Development. Barriere di esposizione a farmaci in vivo. Composti organici e permeabilità della
barriera ematoencefalica (BBB): Proprietà della BBB. Relazione struttura-penetrazione BBB. Strategie di
modifiche strutturali per incrementare la penetrazione della BBB. Effetto del legame a idrogeno. Effetto di
carica. Effetto della lipofilicità.
Processi di assorbimento di un farmaco. Ruolo delle proprietà fisico-chimiche di composti drug-like.
Relazione fra barriere biologiche e pKa, solubilità, lipofilicità, permeabilità. Ruolo del metabolismo
nell’eliminazione di uno xenobiotico. Ruolo delle proteine di binding dell’attività di un farmaco.
Importanza delle proprietà drug-like nella progettazione di potenziali farmaci.
Proprietà acido-base. Calcolo della percentuale di forma neutra, protonata o deprotonata di un farmaco
nell’organismo. Modulazione delle proprietà acido-base tramite modifiche strutturali. Caratteristiche acidobase di farmaci che agiscono sul sistema nervoso centrale. Effetto del pKa sulla permeabilità, la solubilità e
il metabolismo. Effetto del pKa sull’attività di un farmaco. Impatto del pKa su metodi in silico per il drug
discovery (docking, virtual screening). Metodi low-throughput e high-throughput per la determinazione del
pKa.
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Lipofilicità. LogP e LogD di un composto chimico. Modulazione della lipofilicità per modifiche strutturali.
Metodi low-throughput e high-throughput per la determinazione della lipofilicità.
Solubilità. Concetti su solubilità apparente e solubilità intrinseca. Equazione di Yalkowsky-Banerjee.
Concetti di solubilità cinetica e termodinamica, e loro applicazioni in drug discovery e drug development.
Modulazione della solubilità mediante modifiche strutturali. Metodi low-throughput e high-throughput per
la determinazione della solubilità.
Permeabilità. Modulazione della permeabilità mediante modifiche strutturali. Metodi low-throughput e
high-throughput per la determinazione della permeabilità attiva e passiva.
Drug-design e modulazione delle proprietà drug like. Regole empiriche e modelli in silico per stimare
proprietà drug-like dalla struttura chimica. Le regole di Lipinski: applicabilità e eccezioni. Dallo spazio
chimico allo spazio delle proteine.
Prodrugs. Definizione. Principali strategie chimiche per l’identificazione di prodrugs. Uso di prodrugs per
incrementare la solubilità. Prodrugs fosfati, fosfonati e fosfinati. Prodrugs per incrementare la permeabilità
passiva. Prodrugs che sfruttano il trasporto mediato. Prodrugs per ridurre il metabolismo. Concetto di softdrug.
Gruppi isosterici e bioisosterici. Cenni storici. Sostituzioni isosteriche e bioisosteriche comuni.
Stabilità metabolica di un farmaco. Vie di attivazione e eliminazione di un farmaco. Strategie per
incrementare la stabilità metabolica attraverso modifiche strutturali.
Inibizione enzimatica di un farmaco. Cenni dei principali meccanismi di inibizione. Concetto di “drug
resistance” e “drug synergism”. Differenza fra resistenza e tolleranza a un farmaco. Strategie di drug design
per l’identificazione di inibitori.
Tossicità di un farmaco. Generalità. Tossicità on-target e off-target. Tossicità per Drug-Drug Interaction.
Tossicità da intermedi metabolici reattivi. Strategie per ridurre il rischio di tossicità nella progettazione di
un farmaco.
Testi consigliati:
E. H. Kerns and L. Di, Drug-like properties: concepts, structure design and methods from ADME to
Toxicity optimization, Academic Press Ed., 2008.
R.B.Silverman, The organic chemistry of drug design and drug action, 2nd Ed., Academic Press Ed., 2004.
OTTICA NON LINEARE
6CFU
Prof. Paolo Foggi
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855580
e-mail: [email protected]
Programma:
Principi di spettroscopia non-lineare. Aspetti classici dell’interazione radiazione materia. Leggi di Maxwell.
Suscettività e polarizzazione. Dipendenza lineare e non-lineare dal campo. Estensione dei concetti in un
sistema quantistico. La matrice densità. Momento di transizione e polarizzazione. Processi di rilassamento.
Concetto di tempo di rilassamento. Processi di allargamento di riga inomogeneo. Sorgenti laser impulsate e
spettroscopie risolte nel tempo. Principi, e schemi di esperimenti risolti nel tempo. Processi parametrici e
non-parametrici. Phase-matching. Spettroscopie Raman e Raman Coerenti. Rilassamenti vibrazionali.
Spetroscopie multifotoniche. Stati elettronici. Separazione dei processi di allargamento omogeneo ed in
omogeneo. Eco di fotoni e Hole-burning. Termodinamica dei processi irreversibili. Definizione dei processi
reversibili ed irreversibili. Entropia di un sistema fuori equilibrio. secondo principio della termodinamica e
processi irreversibili. Produzione di Entropia. Regime lineare. Equilibrio locale. Le relazioni di Onsager. La
diffusione. Evoluzione della produzione di entropia e stabilità. Regime non-lineare. Stati lontani
dall’equilibrio. Strutture dissipative. Auto-organizzazione.
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Testi consigliati:
Consultare il docente
TECNOLOGIE CHIMICHE PER L’AMBIENTE
6CFU
Prof. Aldo Romani
Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855620
e-mail: [email protected]
Programma
Caratteristiche chimiche e fisiche dei comparti ambientali
L’idrofsera
L’atmosfera
La geosfera e il suolo
Principi di chimica e biochimica acquatica
Natura e classi di inquinanti delle acque
Inquinanti inorganici nell’acqua: metalli pesanti, metalloidi e ioni e loro comportamento chimico
Inquinanti e microinquinanti organici
Trattamento delle acque
L’atmosfera e la chimica atmosferica
reazioni chimiche e fotochimiche
reazioni acido-base nell’atmosfera
reazioni dell’ossigeno, dell’azoto e dei composti azotati atmosferici
reazioni dell’ozono
Inquinanti primari e loro effetti ambientali
Inquinanti secondari e loro formazione
Inquinanti organici e loro reattività nell’atmosfera
Lo smog fotochimico
Le piogge acide
Distruzione dello strato di ozono stratosferico
Le particelle nell’atmosfera e loro formazione
Gas serra
La chimica del del suolo
Natura e principali fonti degli inquinanti del suolo
Inquinamento legato alle pratiche agricole
Inquinamento causato dai rifiuti
Comportamento chimico degli inquinanti nei suoli
Natura, fonti e smaltimento di rifiuti pericolosi.
Testi consigliati:
“Chimica dell’ambiente” di Stanley E. Manahan, Edizione italiana a cura di Lelio Zoccolillo, Editore:
Piccin Nuova Libraria S.p:A., Padova
“Ecologia Applicata” di Renato Vismara, Biblioteca Scientifica Hoepli,
Editore: Ulrico Hoepli S.p.A. – Milano
Appunti di lezione
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Insegnamento: Chimica Organica II

circolare n. 251 - isis "giulio natta"

CIRCOLARE n - I.S.I.S. "Giulio Natta"

Le reazioni chimiche (materiale per la LIM)

Programma - Università degli Studi di Foggia

4A - Artistico Porta Romana Firenze

4G - Liceo scientifico Boggio Lera

1 CONSENSO TC - SME Diagnostica per Immagini

Chimica Generale e Inorganica - DiSTABiF

MU02.1 304570 Consenso informato esame con MDC