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Sostenibilità chimica di processi e materiali

01NCYPN

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Design E Comunicazione Visiva - Torino

Mutua

01EGIAJ 03EGIEN

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 30
Esercitazioni in aula 20
Esercitazioni in laboratorio 10
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Geobaldo Francesco
Scienza e tecnologia dei materiali I - Corso 1
Professore Ordinario CHIM/07 30 0 0 0 9
Geobaldo Francesco
Scienza e tecnologia dei materiali I - Corso 2
Professore Ordinario CHIM/07 30 0 0 0 9
Geobaldo Francesco - Corso 1 Professore Ordinario CHIM/07 30 0 0 0 9
Geobaldo Francesco - Corso 2 Professore Ordinario CHIM/07 30 0 0 0 9
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
CHIM/07 6 A - Di base Formazione scientifica
2018/19
Secondo la definizione data nel 1987 dalla World Commission on Environment and Development (WCED), istituita dalle Nazioni Unite nel 1983, "Lo sviluppo sostenibile (sostenibilità) risponde alle necessità del presente, senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare le proprie esigenze". Il concetto di sviluppo sostenibile implica dei limiti; non limiti assoluti, ma imposti nell’ uso delle risorse ambientali dal presente stato dell’organizzazione tecnologica e sociale e dalla capacità della biosfera di assorbire gli effetti delle attività umane. Un processo nel quale l’uso delle risorse, la direzione degli investimenti, la traiettoria del progresso tecnologico e i cambiamenti istituzionali concorrono tutti ad accrescere le possibilità di rispondere ai bisogni dell’umanità; non solo per l’oggi, ma anche per il futuro, dando la priorità alle necessità dei poveri del mondo. La chimica, intesa come scienza della materia e delle sue trasformazioni, ha un ruolo centrale nella sostenibilità e funge da ponte tra la fisica, la scienza dei materiali e le scienze umane. Il corso introduce lo studente ad un maggiore livello di sensibilizzazione e consapevolezza nei confronti delle problematiche ambientali e di sostenibilità dei processi produttivi e dei materiali in essi implicati, proponendo un background culturale di riferimento, di tipo scientifico e tecnologico , a partire dal quale lo studente può sviluppare versatili strumenti di approccio alla problematica ambientale. Il corso si propone come una panoramica culturale sulla materia nelle sue varie articolazioni (atomi, molecole, fasi estese) ed è finalizzato a creare un collegamento tra il mondo microscopico a quello macroscopico per fornire le basi per una comprensione della materia stessa e dei fenomeni su cui si basano le tecnologie ed i processi, come ad esempio il recupero del legno o degli scarti alimentari, della plastica o della carta, in un’ottica di sostenibilità globale. E' semestrale e collocato al I anno, I periodo didattico .
As defined in 1987 by the World Commission on Environment and Development (WCED) established by the United Nations in 1983, "Sustainable development (sustainability) responds to the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs". The concept of sustainable development sets limits in the use of environmental resources; not absolute limits, but those imposed by the present state of the technological and social organization and the capacity of the biosphere to absorb the effects of human activities. A process in which the use of resources, the direction of investments, the trajectory of technological progress and institutional changes all contribute to increase the possibilities to respond to the needs of humanity; not only for today but also for the future, giving priority to the needs of the poors of the world." Chemistry, intended as the science of matter and its transformations, plays a central role in this passage and acts as a bridge between physics, the science of materials and human sciences. The course introduces the designer to a more aware level of sensitisation on environmental problems and on sustainability of the productive processes and the materials implied in these, proposing a scientific and technological reference cultural background from which the designer can infer versatile tools to approach the environmental problem. What is proposed here is a course organised as a cultural course on the matter, in its various divisions (atoms, molecules, extended phases) and aimed at creating a link between the microscopic and macroscopic worlds to supply the bases for a comprehension of the matter itself and of the phenomena on which technologies and processes are based, in a viewpoint of global sustainability. It lasts for six months and is held in the 1st year, 1st teaching period.
- Consapevolezza delle problematiche ambientali - Comprensione del ruolo dell’attività umana. - Conoscenza e comprensione dei principi della (eco)sostenibilità dei principali processi di produzione/trasformazione dei materiali impiegabili. - Capacità di dialogare con altre culture tecnico-scientifiche per la selezione di processi/prodotti più idonei in vista di una progettazione in grado di coniugare sinergicamente creatività, innovazione e riduzione dell'impatto ambientale. Le competenze, che si intendono sviluppare, fornire hanno inoltre l'obiettivo di trasmettere la comprensione del processo progettuale alla scala del prodotto. Si sottolinea la capacità, che lo studente dovrà acquisire, di confrontarsi con un quadro ampio di problematiche, di progetto e di processo, atte a definire un prodotto buono, giusto ed espressivo, attraverso le conoscenze e le competenze qui di seguito elencate: - Conoscenze nel campo dei materiali - Capacità di prendere decisioni nella consapevolezza del proprio ruolo e delle proprie responsabilità, - Capacità di raccogliere, analizzare e interpretare informazioni dal contesto elaborandole autonomamente; - Capacità di gestire il tempo e le risorse; - Capacità di riflettere sui temi etici, sociali, culturali ad essi connessi; - Capacità di interagire con le diverse culture, aree disciplinari e professionalità che il design connette; - Capacità di lavorare in team mono e multidisciplinari; - Capacità di presentare in pubblico il proprio lavoro in lingua italiana e inglese; - Apertura all'innovazione, interesse per la multidisciplinarietà e per l'aggiornamento continuo delle proprie conoscenze.
Awareness of the problems of (eco)sustainability of the main processes of production/transformation of the materials used. Ability to dialogue with other technical-scientific cultures for the selection of processes/products that are more suitable in view of a design able to combine creativity, innovation and reduction of environmental impact. The skills that we intend to provide also aim to provide an understanding of the design process at the scale of the product. We highlight the ability that the student must acquire to face up to a wide range of problems, related to the design and process, aimed at defining a good, correct and expressive product, through the knowledge and skills listed here below: - Knowledge of the field of materials; - Ability to make decisions in the awareness of one’s own role and responsibilities; - Ability to collect, analyse and interpret information from the context elaborating them independently; - Ability to manage time and resources; - Ability to reflect on the related ethical, social and cultural themes; - Ability to interact with the various cultures, disciplinary areas and professionalisms that design connects; - Ability to work in mono- and multi-disciplinary teams; - Ability to present one’s work in public in Italian and English; - Opening to innovation, interest for the multidisciplinarity and for the continual updating of one’s own knowledge.
Conoscenze elementari di matematica e fisica.
Basic knowledge of mathematics and physics.
PARTE INTRODUTTIVA ALLA CHIMICA DI BASE: Sistemi, ambiente, universo, materia ed energia, trasformazioni, elementi e composti, miscele omogenee ed eterogenee. Concetto di fase, metodi di separazione. Le trasformazioni dell’energia. (3h) Leggi ponderali della chimica, peso atomico. (2h) Metodi di rappresentazione delle strutture molecolari. La massa delle unità formula, gli isotopi. (2h) Le trasformazioni chimiche. La conservazione della massa. Gli atomi. La struttura atomica. Il modello di atomo planetario. L’atomo di Bohr. (3h) Il principio di indeterminazione, la descrizione ondulatoria dell'elettrone nell'atomo, la densità elettronica e la forma degli orbitali. I tre numeri quantici principali. Lo spin dell'elettrone ed il quarto n° quantico Il principio di esclusione di Pauli (2h) Il principio di esclusione (W.Pauli). Le configurazioni elettroniche degli elementi. La regola di Hund. Le configurazioni elettroniche degli ioni. Struttura elettronica e tavola periodica periodi/gruppi, il carattere periodico delle proprietà atomiche. (2h) Raggio atomico, raggio ionico, potenziale di ionizzazione e carattere metallico; affinità elettronica. Caratteristiche e proprietà di metalli, non metalli e metalloidi (1h) I legami chimici: covalente puro e polare, elettronegatività; legame ionico. Polarità di legame e momenti dipolari, lunghezze ed angoli di legame. (2h) Composti ionici binari. Energia di legame ed Entalpia (1h) Modello degli elettroni localizzati, strutture di Lewis, regola dell'ottetto e eccezioni (legame dativo). (2h) Forze intermolecolari, forza dipolo-dipolo, legame idrogeno, forze di dispersione di London. Le proprietà dei gas, il modello cinetico, la pressione, la densità. (1h) Leggi dei gas: legge di Boyle (isoterma),legge di Charles (isobara),legge isocora, principio di Avogadro. Proprietà dei gas ideali. La temperatura assoluta. Trasferimento di energia sotto forma di calore, processi eso ed endotermici. (2h) L'entalpia, la vaporizzazione fusione e sublimazione le curve di riscaldamento (1h) Equilibri omogenei. Il principio di Le Chatelier. La dissociazione dell’acqua. Definizione di pH e pOH. Solubilità e processi di solubilità. (2h) Principi di elettrochimica, la pila ed il suo funzionamento (2h) Principi di chimica organica (2h) Gli argomenti teorici saranno integrati da esercitazioni di calcolo dove verranno proposti e risolti problemi sull’applicazione dei concetti spiegati durante le lezioni di teoria (15 h) LA SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE • Parte introduttiva alla sostenibilità: - definizione di sostenibilità - impatto dell'attività umana sull'ambiente (2h) • Economia circolare come modello di sviluppo sostenibile • Il concetto di eco design (1.5h) I MATERIALI CIRCOLARI • Materiali di origine biologica: Le bioplastiche: - introduzione ai materiali polimerici (1 h) - classificazione, materie prime, processi produttivi, proprietà e applicazioni delle principali classi di bioplastiche (2.5 h) • Materiali riciclabili Introduzione a composizione, proprietà, impatto ambientale e modalità di riciclo di: - plastiche (1.5 h) - carta (0.5 h) - metalli (0.5 h) - vetro (0.5 h) • Materiali da valorizzazione di scarti (2h) - La sostenibilità nel settore alimentare - Trattamento di acque reflue - Recupero di anidride carbonica TECNOLOGIE INNOVATIVE PER LA SOSTENIBILITA' • Biocarburanti: introduzione alle diverse tipologie ed evoluzione verso i biocarburanti di ultima generazione (1.5h) • Materiali fotocatalitici per l'edilizia (1.5h)
INTRODUCTORY PART TO BASIC CHEMISTRY: Systems, environment, universe, matter and energy, transformations, elements and composites, homogeneous and heterogeneous mixes. Concept of phase, separation methods. Transformations from energy. (3h) Ponderal laws of chemistry, atomic weight. (2h) Methods of representation of the molecular structures. The mass of formula units, isotopes. (2h) Chemical transformations. The conservation of mass. Atoms. Atomic structure. The planetary atom model. Bohr’s atom. (3h) The undulatory nature of particles. The uncertainty principle, the undulatory description of the electron in the atom, electronic density and the form of orbitals. The three main quantic numbers. The spin of the electron and the fourth quantic number. The exclusion principle (W.Pauli). (2h) The electronic configurations of the elements. Hund’s rule. The electronic configurations of ions. Electronic structure and periods/groups periodic table, the periodic character of atomic properties. (2h) Atomic radius, ionic radius, potential of ionisation and metallic character; electronic affinity. Characteristics and properties of metals, non-metals and metalloids. (1h) The chemical bonds: pure and polar covalent bond, electronegativity; ionic bond. Polarity of bonds and dipolar moments, lengths and bond angles. (2h) Binary ionic compounds. Binding energy and Enthalpy (1h) Model of localised electrons, Lewis structures, rule of octet and exceptions (dative bond). (2h) Intermolecular forces, dipolar-dipolar force, hydrogen bond, London dispersion forces. The properties of gases, the kinetic model, pressure, density. (1h) Laws of gases: Boyle’s law (isotherm), Charles’ law (isobar), isochore law, Avogradro’s principle. Properties of ideal gases. Absolute temperature. Energy transfer under the form of heat, eso and endothermic processes. (2h) Energy, heat and enthalpy, Vapourisation fusion and sublimation the curves of heating (1h) Homogeneous equilibriums. The principle of Le Chatelier. The dissociation of water. Definition of pH and pOH. Solubility and processes of solubility. (2h) Fundamentals of electrochemistry, the working principle of galvanic cells (2h) Fundamentals of organic chemistry (2h) The theory will be integrated by the solution of problems in which the explained concepts will be practically applied. (15 h) ENIRONMENTAL SUSTAINABILITY • Introduction to sustainability: - definition of sustainability - the impact of human activities on the environment (2h) • Circular economy as a model for a sustainable development • The concept of eco design (1.5h) CIRCULAR MATERIALS • Bio-based materials Bioplastics: - introduction to polymeric materials (1h) - classification, raw materials, properties and applications of the main classes of bioplastics (2.5h) • Recyclable materials Introduction to the composition, properties, environmental and economic impact and recycling of: - plastics (1.5h) - paper (0.5h) - metals (0.5h) - glass (0.5h) • Valorization of wastes (2h) - sustainability in the food industry sector - wastewater treatment - carbon dioxide capture INNOVATIVE TECHNOLOGIES FOR SUSTAINABILITY • Biofuels: introduction to the main types and evolution towards biofuels of the last generations (1.5h) • Photocatalytic materials for building (1.5h)
Le attività che compongono il Corso sono suddivise in lezioni ed esercitazioni in aula. Sono previsti 4 CFU erogati come lezioni e 2 CFU per le esercitazioni.
The activities that make up the Course are divided into lessons and classroom exercises. Five CFU will be given as lessons and 1 CFU for the exercises
Sintesi degli argomenti trattati, copia delle slide in powerpoint usate durante le lezioni e altri documenti sono disponibili sul portale della didattica. Testi di riferimento: - Bonelli B., Appunti di Chimica - II Edizione, Ed. CLUT, Torino, 2014 - Bonelli B., Armandi M., Esercitarsi per l'esame di chimica - II Edizione. Ed. CLUT, 2016 - Malucelli G., Penazzi N., Elementi di Chimica per l'Ingegneria, Ed. Levrotto&Bella, Torino 2006 - Mazza D., Fondamenti di Chimica, Ed. Esculapio, Bologna 2009 - Manotti A.M., Tiripicchio A., Fondamenti di Chimica, Ed. Ambrosiana, Milano 2006 - Delmastro A., Mazza D., Ronchetti S., Quiz di Chimica risolti e commentati, Ed. Esculapio, Bologna 2009 - Calligaro L., Mantovani A., Fondamenti di Chimica per l'Ingegneria, Ed. Libreria Cortina Padova 2001 - Schiavello M., Palmisano L., Fondamenti di Chimica, EdiSES, Napoli 2006 Testi per approfondimenti - Atkins P., Jones L., Chimica Generale, Ed. Zanichelli, Bologna 2005 - Silvestroni P., Fondamenti di Chimica, Ed. Masson, Milano 1996 Altre letture veneranno consigliate durante il corso e inserite nel portale della didattica.
Summary of the topics dealt with, copies of the powerpoint slides used during the lessons and other documents are available on the teaching portal. Some reference texts: - Bonelli B., Appunti di Chimica - II Edizione, Ed. CLUT, Torino, 2014 - Bonelli B., Armandi M., Esercitarsi per l'esame di chimica - II Edizione. Ed. CLUT, 2016 - Malucelli G., Penazzi N., Elementi di Chimica per l'Ingegneria, Ed. Levrotto&Bella, Turin 2006 - Mazza D., Fondamenti di Chimica, Ed. Esculapio, Bologna 2009 - Manotti A.M., Tiripicchio A., Fondamenti di Chimica, Ed. Ambrosiana, Milan 2006 - Delmastro A., Mazza D., Ronchetti S., Quiz di Chimica risolti e commentati, Ed. Esculapio, Bologna 2009 - Calligaro L., Mantovani A., Fondamenti di Chimica per l'Ingegneria, Ed. Libreria Cortina Padua 2001 - Schiavello M., Palmisano L., Fondamenti di Chimica, EdiSES, Naples 2006 Texts for consultation and further study - Atkins P., Jones L., Chimica Generale, Ed. Zanichelli, Bologna 2005 - Silvestroni P., Fondamenti di Chimica, Ed. Masson, Milan 1996 Other reading will be recommended during the course and added to the teaching portal.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;
La frequenza al corso è una condizione necessaria, non è obbligatoria, ma fortemente consigliata. Il livello di apprendimento sarà monitorato in itinere durante le esercitazioni in aula in cui gli studenti saranno chiamati a rispondere a quesiti e svolgere esercizi di calcolo; nella seconda parte del corso gli studenti, a gruppi di tre, dovranno presentare in aula brevi monografie su temi a loro scelta, ma sempre riferiti alla sostenibilità di processi e materiali ed i loro lavori in itinere concorreranno al giudizio finale (espresso con un unico voto), che, complessivamente, sarà basato su: - una prova scritta volta a verificare l'apprendimento dei concetti di base di chimica e sostenibilità di processi e materiali. La prova sarà costituita da un esercizio di calcolo articolato in più punti e da due domande teoriche; - una presentazione orale (durata min. 15’ – max 20’), consistente nella discussione di un tema, a scelta del gruppo di studenti, inerente la sostenibilità di processi chimici o di materiali. Tale prova permetterà di valutare la capacità di approfondire, discutere e trasferire i concetti teorici ad un caso reale.
Exam: Written test; Compulsory oral exam;
Course attendance is a condition to be able to positively develop the activities included. The level of learning will be monitored in an ongoing way; the ongoing results will contribute to the final judgement (expressed with a single grade), based on: - a written exam, consisting of an excercise and two theoretical questions; - the presentation and discussion of a topic related to the sustainability of materials and processes


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