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 il designer ad un livello di sensibilizzazione più consapevole nei confronti delle problematiche ambientali e di sostenibilità dei processi produttivi e dei materiali in essi implicati, proponendo un background culturale di tipo scientifico e tecnologico di riferimento, dal quale il designer possa evincere versatili strumenti di approccio alla problematica ambientale.
Quello qui proposto è un corso organizzato come un corso di cultura sulla materia, nelle sue varie articolazioni (atomi, molecole, fasi estese) e 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, in un’ottica di sostenibilità globale.
E' semestrale e collocato al I anno, I periodo didattico.

Consapevolezza delle problematiche di (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 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.

Conoscenze elementari di matematica e fisica.

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.
Sistemi, ambiente, universo, materia ed energia, trasformazioni, elementi e composti, miscele omogenee ed eterogenee. Concetto di fase, metodi di separazione. Le trasformazioni dell’energia.
Leggi ponderali della chimica, peso atomico. Metodi di rappresentazione delle strutture molecolari. La massa delle unità formula, gli isotopi. Le trasformazioni chimiche. La conservazione della massa. Gli atomi. La struttura atomica. Il modello di atomo planetario. L’atomo di Bohr.
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 (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.
Raggio atomico, raggio ionico, potenziale di ionizzazione e carattere metallico; affinità elettronica. Caratteristiche e proprietà di metalli, non metalli e metalloidi
I Legami chimici: covalente puro e polare, elettronegatività; legame ionico. Polarità di legame e momenti dipolari, lunghezze ed angoli di legame. Composti ionici binari. Energia di legame ed Entalpia
Modello degli elettroni localizzati, strutture di Lewis, regola dell'ottetto e eccezioni (legame dativo). Forze intermolecolari, forza dipolo-dipolo, legame idrogeno, forze di dispersione di London. Le proprietà dei gas, il modello cinetico, la pressione, la densità.
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.
L'entalpia La vaporizzazione fusione e sublimazione le curve di riscaldamento
Equilibri omogenei. Il principio di Le Chatelier. La dissociazione dell’acqua. Definizione di pH e pOH. Solubilità e processi di solubità.
Principi di elettrochimica, la pila ed il suo funzionamento

LA SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE
• Parte introduttiva alla sostenibilità:
- definizione di sostenibilità
- industria biotecnologica
- prodotti &tecnologie
- design di processi e reazioni
• Il concetto di eco design
• Un esempio di applicazione: I biocarburanti

I MATERIALI E IL LORO SMALTIMENTO
• Introduzione all’impatto ambientale di alcuni materiali
• Il legno
• La bioplastica: introduzione alla conoscenza delle materie plastiche; definizione e modalità di riciclo materie plastiche
• Il vetro
• La sostenibilità nel settore alimentare
• I metalli: il loro impatto ambientale e gli aspetti legislativi

Le attività che compongono il Corso sono suddivise in lezioni ed esercitazioni in aula. Sono previsti 5 CFU erogati come lezioni ed 1 CFU per le esercitazioni.

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:
- 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.

La frequenza al corso è una condizione necessaria. Il livello di apprendimento sarà monitorato in itinere; i risultati in itinere concorreranno al giudizio finale (espresso con un unico voto), basato su una breve prova scritta e sulla presentazione orale e relativa discussione di un tema inerente la sostenibilità di processi chimici o di materiali.