ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| ELEMENTI DI CHIMICA AMBIENTALE E DEI MATERIALI | CHIM/07 | LEZIONI | 48 |
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Al termine del corso lo studente avrà acquisito una conoscenza di base della chimica generale, necessaria per trattare alcune problematiche di inquinamento ambientale, e alcuni processi chimici, necessari per una valutazione razionale degli impieghi dei materiali da costruzione nel processo edilizio, nonché una conoscenza delle caratteristiche fisiche, meccaniche e microstrutturali dei materiali di maggior interesse per il settore dell’edilizia (acciai, calcestruzzi, ceramici tradizionali).
At the end of the course, students will have acquired a basic knowledge of general chemistry, necessary to deal with some environmental pollution problems, and some chemical processes, necessary for a rational evaluation of the uses of building materials in the building process, as well as a knowledge of the characteristics physical, mechanical and microstructural aspects of the materials of greatest interest for the construction sector (steel, concrete, traditional ceramics).
La verifica delle conoscenze verrà effettuata alla fine del corso con un esame scritto seguito da una breve discussione orale.
The academic progress will be verified by a written exam followed by a brief oral discussion at the end of the course
Al termine del corso:
At the end of the course:
Durante il corso verranno svolte delle esercitazioni per monitorare l’acquisizione delle conoscenze e delle capacità acquisite dallo studente.
During the course, exercises will be carried out to monitor knowledge and skills acquired by the students.
Lo studente saprà lavorare in team interagendo con i colleghi e il docente durante lo svolgimento delle lezioni
Students will be able to work in teams interacting with the colleagues and the teacher during the lessons
Durante le lezioni e i ricevimenti, il docente valuterà le capacità di interazione e di lavorare in gruppo dello studente.
During the front lessons and the receptions, the teacher will evaluate the interaction ability of the students.
Essendo un corso di base, non sono richieste conoscenze specialistiche. Tuttavia, sono necessarie le competenze di base della matematica e della fisica.
No specialists knowledge is required. However, basic competencies in mathematics and physics are needed.
Erogazione: lezioni frontali con l’ausilio di slide, esercitazioni in aula svolte in piccoli gruppi.
Materiale didattico: le dispense verranno caricate sulla pagina elearning e/o Teams del corso.
Il docente potrà essere contattato tramite email dallo studente ed è disponibile per eventuali ricevimenti.
Delivery: front lessons with powerpoints, small groups for classroom exercises.
Teaching material: downloading from elearning and/or Teams.
The teacher is available for student reception and can be contacted by email.
La struttura atomica della materia. Cenni sulle configurazioni elettroniche degli atomi e le proprietà periodiche degli elementi. I legami chimici: ionico, covalente e metallico. I legami secondari. La classificazione dei composti inorganici e la nomenclatura dei composti più comuni. La stechiometria nelle molecole.
Le reazioni chimiche: generalità e leggi di conservazione; coefficienti stechiometrici; tipi di reazioni; bilanciamento di una reazione; concetto di reagenti in quantità stechiometriche e di reagente limitante. Reazioni reversibili e irreversibili; reazioni di ossido-riduzione; reazioni acido-base; reazioni di precipitazione.
Gli stati di aggregazione della materia e cenni sui diagrammi di stato. Le soluzioni liquide (cenni sulle proprietà colligative). Le soluzioni solide (sostituzionali e interstiziali).
La corrosione a secco (corrosione chimica) e la corrosione ad umido (corrosione elettrochimica). Requisiti necessari affinché lo strato di ossido risulti passivante. Corrosione elettrochimica di un metallo. La corrosione del ferro in funzione del pH e della presenza o meno di ossigeno. Corrosione galvanica. Corrosione generalizzata e corrosione localizzata.
Fondamenti chimici dei materiali metallici utilizzati nell'ambito delle costruzioni, in particolare leghe ferrose (acciai e ghise). Classificazione acciai: acciai al carbonio, acciai legati, acciai fortemente legati ed acciai da utensili. Nomenclatura degli acciai - UNI EN 10027. Nomenclatura AISI. Acciai da costruzione. Acciai per calcestruzzo armato. Produzione delle armature per calcestruzzo armato. Acciai ad alta resistenza per calcestruzzo armato precompresso. Le ghise. Ghisa bianca, grigia, sferoidale e malleabile.
I leganti: definizione di pasta, malta e calcestruzzo. Definizione di presa ed indurimento. Classificazione dei leganti. I leganti aerei (gesso e calce aerea) e i leganti idraulici (calce idraulica, cemento Portland, calce idrata pozzolanica, calce idrata sidurergica). Studio dei processi di produzione e di messa in opera, con particolare attenzione alle reazioni che avvengono in fase di presa e di indurimento. I principali meccanismi di degrado del calcestruzzo e del calcestruzzo armato (c.a. e c.a.p.) con riferimento alle reazioni chimiche coinvolte. Fattori che influenzano la durabilità delle strutture in calcestruzzo e calcestruzzo armato.
Altri materiali utilizzati nell'ambito delle costruzioni (es. ceramici, compositi, polimeri, legno, ecc...)
The atomic structure of the matter. Notes on the electronic configuration of atoms and the periodic properties of elements. Chemical bonds: ionic, covalent, and metallic. Secondary bonds. The classification of inorganic compounds and the nomenclature of the most common compounds. Stoichiometry in molecules.
Chemical reactions: generalities and conservation laws; stoichiometric coefficients; types of reactions; balance of reactions; concepts of reagents in stoichiometric quantities and limiting reagent. Reversible and irreversible reactions; red-ox reactions; acid-base reactions; precipitation reaction.
The aggregation states of the matter and notes on state diagrams. Liquid solutions (notes on colligative properties); solid solutions (substitutional and interstitial).
Dry corrosion (chemical corrosion) and wet corrosion (electrochemical corrosion). Necessary requirements for the oxide layer to be passivating. Electrochemical corrosion of metals. Corrosion of iron as a function of pH and the presence of absence of oxygen. Galvanic corrosion. Generalized and localized corrosion.
Chemical fundamentals of metallic materials used in construction, with particular attention to iron-carbon alloys (steel and cast iron). Steel classification: carbon steels, alloy steel, high alloy steel. Steel nomenclature – UNI EN 10027, and AISI. Construction steels. Steel for reinforced concrete. High strength steel for prestressed concrete. The cast irons: white, grey, ductile, and malleable.
Cementitious binders: definition of paste, mortar, and concrete. Definition of setting and hardening. Classification of binders. Aerial binders (gypsum and aerial lime) and hydraulic binders (hydraulic lime, Portland cement, pozzolanic hydraulic lime). Study of the production and installation processes, with particular attention to the reaction that occur during the setting and the hardening steps. The main degradation of concrete and reinforced concrete with reference to the chemical reactions involved. Factors influencing the durability of concrete and reinforced concrete structures.
Other materials used in construction field (e.g., ceramics, composites, polymers, etc.).
Il materiale didattico mostrato durante le lezioni verrà fornito agli studenti.
Per lo studio della chimica è consigliato uno dei seguenti testi:
Per approfondire alcuni degli argomenti trattati a lezione, sono suggeriti i seguenti testi:
The teaching materials will be available on Teams/e-Learning platforms.
The following book on general chemistry is suggested:
The following books are suggested to depth study some of the topics covered in the class:
Non sussistono variazioni di programma o di modalità per i non frequentanti.
There are no changes in the program and assessment methods for non-attending students.
L'esame si compone di due parti:
Le due prove dovranno essere sostenute nella stessa sessione d'esame.
Per superare l'esame, lo studente deve dimostrare di aver acquisito le nozioni di chimica di base necessarie per la comprensione delle proprietà dei materiali affrontati nel corso, nonché di aver compreso i meccanismi che stanno alla base dei processi di presa e indurimento dei leganti, i fenomeni di degrado dei materiali metallici e dei leganti, inclusi i fattori su cui poter agire per evitare/ridurre tali fenomeni.
The exam is made up two parts:
The two part will be taken in the same exam session.
To pass the exam, students will demonstrate to have acquired the essential concepts of chemistry necessary to understand the material properties, as well as the mechanism of setting and hardening of binders, the degradation phenomena that occur on bonders and metals, included the factors that can be tuned to avoid or reduce these phenomena.
