ECTS - University of Pisa
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INDUSTRIAL PHYSICAL CHEMISTRY AND PRACTICAL LAB
LUCA BERNAZZANI
Academic year2020/21
CourseCHEMISTRY FOR INDUSTRY AND ENVIRONMENT
Code123CC
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
CHIMICA FISICA INDUSTRIALE E LABORATORIOCHIM/02LEZIONI72
LUCA BERNAZZANI unimap
LABORATORIOCHIM/02LABORATORI45
LUCA BERNAZZANI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Lo studente sarà in grado di mostrare una solida conoscenza dei temi fondamentali della termodinamica chimica e di applicare questi concetti ai fenomeni chimico-fisici, deducendo la direzione dei cambiamenti spontanei e la condizione finale dell'equilibrio. Utilizzerà la termodinamica classica per studiare l'equilibrio di fase nei sistemi mono- e multicomponenti, le proprietà delle miscele e l'equilibrio chimico, acquisendo quindi le nozioni necessarie per indagare i processi industriali. Inoltre, seguendo un approccio basato sui metodi cinetici, lo studente avrà una conoscenza adeguata dell'evoluzione temporale dei sistemi reagenti, comprendendo i meccanismi delle reazioni chimiche. Infine, frequentando il laboratorio pratico, lo studente acquisirà la sensibilità sperimentale necessaria alla corretta determinazione delle proprietà termodinamiche.
Knowledge

The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of the fundamental topics of chemical thermodynamics and to apply these concepts to the physico-chemical phenomena, deducing the direction of the spontaneous changes and the final condition of equilibrium. He or she will use the classical thermodynamics to study the phase equilibria in mono- and multicomponent systems, the properties of mixtures and the chemical equilibrium, acquiring so the necessary background to investigate the industrial processes. Further, following an approach based on kinetic methods, the student will have fair knowledge of the time evolution of the reacting systems, understanding the mechanisms of the chemical reactions. Lastly, attending the practical laboratory, the student will acquire the experimental sensibility necessary to the correct determination of the thermodynamic properties.
Modalità di verifica delle conoscenze

Per l'accertamento delle conoscenze saranno svolte delle esercitazioni numeriche in aula e prove in itinere. Inoltre lo studente dovrà compilare un elaborato scritto sulle singole esperienze di laboratorio.
Assessment criteria of knowledge

Knowledge assessment will be carried out by numerical classroom exercises and “in itinere” tests. In addition, the student will have to complete a written work on individual laboratory experiences.
Capacità

Lo studente sarà in grado di risolvere problemi numerici relativi agli argomenti di termodinamica e cinetica affrontati durante il corso. lo studente sarà in grado di presentare in una relazione scritta i risultati dell'attività svolta durante il laboratorio.
Skills

The student will be able to solve numerical problems related to the thermodynamic and kinetic topics dealt with during the course. The student will be able to present in a written report the results of the activity carried out during the laboratory.
Modalità di verifica delle capacità

Saranno svolte prove in itinere per accertare l’avvenuta comprensione degli argomenti del corso.
Assessment criteria of skills

"In itinere" tests will be carried out to ascertain the understanding of the course subjects.
Comportamenti

Lo studente sarà in grado di seguire altri corsi ed in particolare quelli di chimica industriale, avendo solide basi di termodinamica e cinetica. In particolare sarà capace di:

  • Studiare un equilibrio chimico.
  • Consultare tabelle termodinamiche.
  • Comprendere i diagrammi di fase.
  • Valutare la velocità delle reazioni.
  • Valutare l’accuratezza e la precisione necessarie a svolgere attività di raccolta e analisi di dati sperimentali.
  • Sviluppare sensibilità alle problematiche di sicurezza in laboratorio.
Behaviors

The student will be able to attend other courses, especially those of industrial chemistry, having solid thermodynamic and kinetic bases. In particular it will be able to:

  • Study a chemical balance.
  • Consult thermodynamic tables.
  • Understand the phase diagrams.
  • Evaluate the speed of reactions.
  • Assess the accuracy and precision needed to carry out experimental data collection and analysis.
  • Develop sensitivity to laboratory safety issues.
Modalità di verifica dei comportamenti
  • Le esercitazioni numeriche in aula forniranno elementi utili per valutare il grado di acquisizione degli obiettivi.
  • Durante le sessioni di laboratorio saranno valutati il grado di accuratezza e precisione nelle attività svolte operando in condizioni di sicurezza.
Assessment criteria of behaviors
  • Numerical classroom exercises will provide useful evidence to evaluate the degree of target acquisition.
  • During laboratory sessions, the degree of accuracy and precision in the activities performed operating in safety conditions will be evaluated.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze matematiche di base: uso di funzioni logaritmiche, calcolo di derivate e integrali di funzioni semplici, nozioni di calcolo differenziale, rappresentazione grafica di semplici funzioni analitiche.
Prerequisites

Basic mathematical knowledge: use of logarithmic functions, calculation of derivatives and integrals of simple functions, differential calculus notions, graphic representation of simple analytic functions.
Indicazioni metodologiche
  • Lezioni frontali in aula
  • Esercitazioni numeriche in aula con uso di programmi di calcolo
  • Esercitazioni di laboratorio effettuate a gruppi con uso dei PC in dotazione del laboratorio per lo svolgimento dei calcoli relativi alle esperienze effettuate.
  • Uso del sito di elearning del corso per scaricamento di materiale didattico, comunicazioni docente-studenti, formazione di gruppi di lavoro.
  • Interazione tra studente e docente mediante ricevimenti e uso della posta elettronica
  • Prove in itinere per la valutazione dell’apprendimento.
Teaching methods
  • Classroom lectures
  • Numerical classroom exercises with use of computing programs.
  • Laboratory exercises carried out by groups using the PCs provided by the laboratory to carry out the calculations of the experiences carried out.
  • Use of the eLearning site for the download of teaching material, teacher-student communications, training of working groups.
  • Interaction between student and lecturer through receptions and use of e-mail.
  • “In itinere” tests for evaluate the learning appraisal
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Il corso fornisce nozioni sulle leggi termodinamiche, funzioni di stato, funzioni di linea, proprietà dei gas (gas ideali e reali, equazioni di stato), nonché sugli equilibri di reazione nelle miscele di gas e sulla loro  dipendenza dalla temperatura e pressione. Il corso tratta anche l'equilibrio di fase in sistemi monocomponente, la regola delle fasi e l'equazione di Clapeyron. La seconda parte del corso si concentra sulle soluzioni, sulle quantità molari parziali e sul processo di mescolamento, occupandosi delle soluzioni ideali e di quelle diluite ideali, delle leggi di Raoult e Henry. Altri temi riguardano le soluzioni non ideali, l'attività, i coefficienti di attività e le proprietà termodinamiche in eccesso. Sono presentati e discussi modelli correlati e predittivi per i coefficienti di attività di miscele liquide. Sono inoltre presentati gli equilibri di fase in sistemi multi-componente. La parte finale del corso riguarda la cinetica chimica, e vengono prese in considerazione le leggi e i meccanismi di reazione.

La parte di laboratorio del corso tratta alcune proprietà fisiche della materia, la termometria, la calorimetria e si occupa della loro determinazione sperimentale. Vengono anche forniti cenni sugli errori nelle misure sperimentali e alle modalità per la loro valutazione.
Syllabus

The course provides notions on the Thermodynamic Laws, state functions, line functions, gas properties (ideal and real gases, equations of state), as well as on reaction equilibria in gas mixtures and on their temperature and pressure dependence. The course also covers the one-component phase equilibrium, the phase rule and the Clapeyron equation. The second part of the course focuses on solutions, the partial molar quantities and the mixing process, covering the ideal solutions and dilute ideal solutions, the Raoult and Henry laws. Other topics concern with the non-ideal solutions, activities and activity coefficients and excess thermodynamic properties. Correlative and predictive models for activity coefficients of liquid mixtures are presented and discussed. The multi-component phase equilibria are also presented. The final part of the course concerns with the chemical kinetics, and rate laws and reaction mechanisms are taken into account.

The laboratory part of the course deals with a few physical properties of matter, with thermometry and calorimetry, and takes care of their experimental determination. It also provides insight into the errors in experimental measures and how they can be evaluated.
Bibliografia e materiale didattico

Testi suggeriti

  • P.W. Atkins, J. de Paula, J. Keeler Physical Chemistry, 11 ed., Oxford Univ. Press, 2017; Chimica Fisica, 6 ed., Zanichelli, 2020
  • S.I. Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics, 4 ed., J. Wiley & Sons, 2006

Ulteriori testi

  • J.M. Smith, H.C. Van Ness, M.M. Abbott, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 7 ed. , McGraw-Hill IE, 2005
  • I.M. Klotz, R.M. Rosenberg, Chemical Thermodynamics, 5 ed., J. Wiley & Sons, 1994

Materiale didattico disponibile

  • Slides riepilogative dei principali argomenti del corso
  • Dispensa su Argomenti scelti di Chimica Fisica Industriale 
  • Dispensa di Laboratorio di Chimica Fisica Industriale
  • Descrizione delle esercitazioni di laboratorio
  • Esercizi risolti di precedenti sessioni di esame
Bibliography

Suggested books

  • P.W. Atkins, J. de Paula J. Keeler Physical Chemistry, 11 ed., Oxford Univ. Press, 2017; Chimica Fisica, 6 ed., Zanichelli, 2020
  • S.I. Sandler Chemical and Engineering Thermodynamics, 4 ed., J. Wiley & Sons, 2006

Recommended readings

  • J.M. Smith, H.C. Van Ness, M.M. Abbott Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 7 ed. , McGraw-Hill IE, 2005
  • I.M. Klotz, R.M. Rosenberg Chemical Thermodynamics, 5 ed., J. Wiley & Sons, 1994

Educational material available

  • Slides of the main lecture topics
  • Booklet on Selected Topics of Industrial Physical-Chemistry
  • Booklet on Laboratory of Industrial Physical-Chemistry
  • Description of laboratory experiments
  • Solved exercises of previous exam sessions
Modalità d'esame
  • L'esame è composto da una prova scritta ed una prova orale.
  • La prova scritta consiste nella risoluzione di 3-4 esercizi o problemi. Durante la prova, che si svolge in un'aula normale, lo studente può far uso esclusivamente della propria calcolatrice tascabile, ha a disposizione circa 4 ore e non è consentita la consultazione di libri o appunti di lezioni. Una volta superata la prova essa rimane valida per tutti gli appelli dell’anno accademico in cui è stata sostenuta.
  • La prova scritta è superata se lo studente raggiunge una valutazione di almeno 18/30 che consente l’accesso alla prova orale.
  • La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato e il docente, alla presenza di collaboratori del docente titolare. Durante la prova orale potrà essere richiesto al candidato di risolvere anche problemi o esercizi scritti nel caso in cui la prova scritta sia ai limiti della sufficienza. Allo studente sarà richiesto di rispondere a domande sugli argomenti costituenti il programma del corso incluse le esercitazioni pratiche di laboratorio.
  • La prova orale non è superata se il candidato mostra di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta, se non risponde correttamente almeno alle domande concernenti la parte più basilare del corso, oppure se mostrerà ripetutamente l'incapacità di mettere in relazione parti del programma e nozioni che deve usare in modo congiunto per rispondere in modo corretto ad una domanda.
  • Durante l’anno saranno svolte 4-5 prove “in itinere” e lo studente che ottenga una valutazione sufficiente su ogni singola parte del corso sarà esentato dallo svolgere la prova scritta e ammesso direttamente a sostenere la prova orale dell'esame.
Assessment methods
  • The exam consists of a written test and an oral exam.
  • The written test consists of resolving 3-4 exercises or problems. During the test, which takes place in a normal classroom, the student can only use his own pocket calculator, he has about 4 hours available and is not allowed to read books or lecture notes. Once the test is over, it remains valid for all appeals of the academic year in which it was backed up.
  • The written exam is passed if the student reaches an evaluation of at least 18/30 allowing access to the oral exam.
  • The oral examination consists of a colloquium between the candidate and the teacher, with the attendance of the co-lecturer. During the oral examination, candidates may also be required to solve written problems or exercises in the event that the written test is not entirely sufficient. The student will be asked to answer questions on the subjects of the course program including practical laboratory experiences.
  • The oral test is not passed if the candidate shows that he or she is not able to express himself clearly and use the correct terminology, if he/she does not answer at least the questions regarding the most basic part of the course or if he/she repeatedly shows the inability to relate parts of the program and notions that must be usde in a joint way to properly answer a question.
  • During the year, 4-5 "in itinere" tests will be conducted and the student who obtains a sufficient rating will be exempted from the written test and admitted directly to the oral test.
Updated: 28/07/2020 17:40