Academic year2017/18
CourseCHEMISTRY
Code230CC
Credits3
PeriodSemester 2
LanguageItalian
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) |
| ELETTROCHIMICA | CHIM/02 | LEZIONI | 24 | |
Obiettivi di apprendimento
Conoscenze
Al termine del corso:
- lo studente avrà acquisito conoscenze in merito ai principi chimico fisici dell’elettrochimica, dagli aspetti termodinamici, legati ai fenomeni elettrochimici all’equilibrio, agli aspetti cinetici, legati a tutti i fenomeni che avvengono in situazioni lontane dell’equilibrio.
- Lo studente avrà acquisito conoscenze sulla interdisciplinarietà e trasversalità dell’elettrochimica attraverso esempi e applicazioni nel campo dei materiali (batterie, fuel cell, membrane, conduttori ionici, metalli e leghe), nel campo della chimica analitica (metodi analitici di tipo elettrochimico) e nel campo dei principali processi industriali basati sull’elettrolisi (processo cloro-soda, produzione di leghe e metalli).
Knowledge
At the end of the course:
- Students will know the principles of electrochemistry, thermodynamic aspects (at equilibrium) and kinetic aspects (out of equilibrium).
- Students will know the interdisciplinary features of electrochemistry, through the main applications in the field of materials (fuel cells, membranes, metals, ionic conductors, …), analytical chemistry (methods) and industrial processes (chlorine – sodium hydroxide, production of metals and alloys).
Modalità di verifica delle conoscenze
Durante il corso, il docente accerta le conoscenze dei ragazzi attraverso domande aperte all’inizio di ogni lezione, crea momenti di discussione alla fine di alcuni argomenti chiave del corso, fornisce piccoli problemi da risolvere. Alla fine del corso si effettua l’esame finale che ha lo scopo di accertare e verificare le conoscenze (vedi di seguito).
Assessment criteria of knowledge
During the course, the teacher assesses students’ knowledge by making open questions at the beginning of each lesson, stimulates discussions at the end of key-topics, gives step-by-step problems to be solved. At the end of the course, the exam has the object of verifying and assessing the knowledges of students (see below).
Capacità
- Lo studente sarà in grado di interpretare correttamente le curve di intensità di corrente versus potenziale di un sistema elettrochimico, individuando i fenomeni principali.
- Lo studente saprà ricavare le principali formule che legano il potenziale chimico alle grandezze in gioco (attività o concentrazioni delle specie ioniche in soluzione, fugacità o pressioni dei gas).
- Lo studente saprà riconoscere dato un sistema elettrochimico in quale regime si trova (celle galvaniche o celle elettrolitiche, e in questo caso se il sistema è in regime di trasferimento elettronico, regime Tafel, regime diffusivo, …).
- Lo studente sarà in grado di descrivere con linguaggio appropriato, argomentando adeguatamente, un qualsiasi sistema elettrochimico.
Skills
- Students will be able to interpret the curves “intensity vs potential” of every electrochemical systems.
- Students will be able to derive the main formulas describing the relationship among potential and other physical and chemical parameters (such as activities of ions in solutions, fugacity of gasses). Students will be able to recognize the main features of the system (if galvanic or electrolytic cells) and define the state of the cells, if dominated by electronic transfer, or in the Tafel- or diffusive- state.
- Students will be able to describe with an appropriate language, by arguing properly, the electrochemical systems.
Modalità di verifica delle capacità
- Durante gli incontri a lezione, il docente propone agli studenti di risolvere piccoli problemi, ricavare espressioni per descrivere sistemi elettrochimici particolari, commentare grafici e descriverli.
Assessment criteria of skills
- During the lessons, the teacher gives problems, ask to solve and derive equations describing particular electrochemical systems.
Comportamenti
- Lo studente potrà sviluppare sensibilità relativamente all’impatto delle attività in ambito elettrochimico sull’ambiente esterno.
Behaviors
- Students will develop a sensitivity toward environmental impact of electrochemical applications and processes.
Modalità di verifica dei comportamenti
- In sede di colloquio finale, verranno verificate le capacità degli studenti di commentare aspetti legati all’impatto ambientale dei processi elettrochimici ed eventualmente proporre modalità e metodi a minore impatto.
Assessment criteria of behaviors
- During the final exam, the teacher will ask to comment the environmental impact of electrochemicall processes and will ask for alternative systems and methods.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)
Lo studente dovrebbe aver acquisito già le competenze relative alla chimica fisica dei corsi di base della triennale, con buone conoscenze matematiche e fisiche di base.
Prerequisites
Students are asked to have good knowledge of all chemical physical subjects, good knowledge of mathematics and physics.
Indicazioni metodologiche
- Lezioni frontali (80%), di cui lezioni con ausilio di slide e proiezioni (60%).
- Le lezioni prevedono anche la visita di un laboratorio elettrochimico (fuori sede) e l’approfondimento di un tema legato ad applicazioni industriali o di scienze dei materiali (con esercitazione).
- Tutti i materiali sono disponibili sul sito di e-learning del corso.
- Le comunicazioni docente-studenti avvengono sia tramite e-learning che via e-mail.
- Materiale didattico aggiuntivo è fornito sul sito di e-learning (articoli, review, approfondimenti didattici)
- Il docente è a disposizione degli studenti preferibilmente attraverso ricevimenti sia collettivi che personali.
Teaching methods
- Lectures (80%), with slides and projections (60%).
- Among the lessons, a visit to an industrial area or to a research laboratory is included (with practical experiences).
- All documents, lessons slides, papers, graphics and teaching materials is available on the e-learning UNIPI web-site.
- The teacher communicates with students though e-learning chat and by email.
- The teacher is at disposal of the students at office time, for group meeting or specific tutorials.
Programma (contenuti dell'insegnamento)
Questi gli argomenti trattati:
Breve storia dell’elettrochimica. Definizioni generali e leggi di Faraday. Celle galvaniche e celle elettrolitiche. Sistemi redox all’equilibrio. Approccio termodinamico. Derivazione dell’equazione di Nernst. Classificazione di elettrodi e funzionamento. Conduttività (definizioni, relazioni e applicazioni). Metodi analitici correlati. Diffusione: leggi di Fick e applicazioni. Elettrodi polarizzabili e non polarizzabili. Modelli. Polarizzabilità e Sovratensioni (dovute a fenomeni di trasferimento elettronico, assorbimento sulla superficie dell’elettrodo, reazioni chimiche, trasporto di ioni). Equazione di Tafel e applicazioni. Elettrolisi industriale. Corrosione, passivazione e protezioni. Solidi ionici, sali fusi, solidi superionici. Pile, batterie e fuel cell. Metodi analitici standard. Metodi analitici innovativi.
Syllabus
Topics of the course:
Brief history of electrochemistry. General definitions. Faraday’s laws. Galvanic and electrolytic cells. Redox at equilibrium. Thermodynamic aspects and relationships. Nernst law. Electrodes and their classifications and working features. Conductivity (laws, definitions and applications). Conductivity analytical methods. Diffusion: Fick’s laws and applications. Polarized and not-polarized electrodes. Models. Polarizations and over-potentials (due to different phenomena: electron transfer, absorption, chemical reactions, diffusion and other transport processes). Tafel laws and applications. Industrial electrochemical applications. Corrosion, passivation and protection. Ionic solids, melt salts, superionic solids. Fuel cells, batteries. Standard analytical methods. Innovative analytical methods based on electrochemistry.
Bibliografia e materiale didattico
Alcuni testi di riferimento sono:
“Fundamentals of Electrochemistry”. Di V.S. Bagotsky (Wiley, 2006) – disponibile in formato pdf
“Textbook of electrochemistry”. Di S. Arrhenius, & J. McCrae, – disponibile in formato pdf
Bibliography
Available textbooks:
“Fundamentals of Electrochemistry”. Di V.S. Bagotsky (Wiley, 2006) – pdf
“Textbook of electrochemistry”. Di S. Arrhenius, & J. McCrae, – pdf
Indicazioni per non frequentanti
No.
Non-attending students info
No.
Modalità d'esame
- L’esame prevede una prova orale che consiste in un colloquio tra il candidato e il docente. E’ possibile iniziare il colloquio da una presentazione su un argomento scelto dal candidato (facoltativo). L’esame verte sulla verifica dell’apprendimento delle conoscenze del programma del corso, con domande aperte (per il 50%) e con la richiesta di ricavare per scritto le relazioni fondamentali trattate durante il corso (25%) e di saper interpretare e commentare grafici e schemi che il docente presenta al momento della prova. Il colloquio dura da 60 a 90 minuti.
- 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 e se non risponde correttamente alle domande della prima parte del colloquio che vertono sui principi fondanti dell’elettrochimica.
Assessment methods
- The exam consists of an oral exam. Students can (optional) prepare a short presentation about a topic of the course. The exam starts with the assessment of the principle of electrochemistry with open questions (first half part of the exam). The teacher will ask to derive some of the fundamental relationships treated during the course and to interpret and comment graphics and schemes. The exam time lasts on average 60 - 90 minutes.
- The oral exam is not passed if the student shows difficulties in the appropriate use of language and correct terminology and if he/she is not able to answer to the open questions related to the principle of electrochemistry.
Altri riferimenti web
Tutti i riferimenti si trovano sul sito di e-learning
Additional web pages
All documents are on the web site of e-learning
Updated: 11/07/2017 10:42
