CHIMICA E TECNOLOGIA DEGLI ELEMENTI DEL BLOCCO F

L’insegnamento ricade tra le attività formative affini-integrative del corso di laurea magistrale in Chimica e Tecnologie Sostenibili, le quali consentono allo studente di affrontare un problema chimico nelle sue varie articolazioni e con uso coerente del linguaggio tecnico-scientifico corrente. L'obiettivo formativo specifico dell’insegnamento è quello di fornire conoscenze avanzate di chimica inorganica, in particolare per quanto concerne la chimica e le applicazioni tecnologiche degli elementi del gruppo 3 e delle serie dei lantanidi e degli attinidi. Il corso si prefigge lo sviluppo di competenze che consentano agli studenti di applicare gli elementi del blocco f da un punto di vista tecnologico in ambiti quali sintesi chimica industriale, conversione energetica e materiali avanzati, con particolare interesse verso processi ed applicazioni che rispettino i principi della sostenibilità.

1. Conoscenza e comprensione.
I) Conoscere la struttura elettronica dei lantanidi e degli attinidi nei principali stati di ossidazione.
II) Comprendere le relazioni esistenti tra struttura elettronica dei centri metallici e natura del legame chimico nei composti del blocco f.
III) Comprendere le relazioni esistenti tra struttura elettronica dei centri metallici e proprietà spettroscopiche e magnetiche.
IV) Conoscere la reattività degli elementi del blocco f in funzione della struttura elettronica e della sfera di coordinazione.
V) Conoscere gli aspetti basilari della chimica nucleare degli attinidi leggeri e comprendere gli aspetti determinanti la produzione energetica nucleare.
VI) Conoscere applicazioni legate alla sostenibilità degli elementi del blocco f.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
I) Saper impiegare i concetti appresi per prevedere ed interpretare in modo logico le proprietà chimico-fisiche di un complesso del blocco f.
II) Saper proporre applicazioni tecnologiche coerenti e fattibili di composti del blocco f.
III) Saper inquadrare un processo legato ad un elemento del blocco f in termini di sostenibilità.
3. Capacità di giudizio
I) Saper valutare gli effetti chimico-fisici indotti da modifiche nella configurazione elettronica dei centri metallici e nella sfera di coordinazione.
II) Saper valutare i campi di applicazione di derivati di elementi del blocco f.
4. Abilità comunicative
I) Saper utilizzare la terminologia e la simbologia scientifico-tecnica appropriate per la discussione dei contenuti del corso.
II) Saper interagire costruttivamente con il docente e con gli altri studenti.
5. Capacità di apprendimento
I) Saper sintetizzare in modo autonomo gli aspetti salienti delle nozioni espresse a lezione.
II) Saper effettuare connessioni logiche tra gli argomenti del corso.

Il prerequisito è avere raggiunto gli obiettivi formativi caratteristici del corso di Chimica degli Elementi di Transizione erogato nel percorso di studi magistrale in Chimica e Tecnologie Sostenibili. In particolare, è necessario che lo studente abbia competenze inerenti gli aspetti fondamentali della chimica di coordinazione ed organometallica dei centri metallici.

In relazione agli obiettivi formativi e ai risultati di apprendimento attesi, riportati nelle sezioni relative, i contenuti del corso possono essere così suddivisi:
I) caratteristiche generali di atomi e ioni della serie dei lantanidi, configurazioni elettroniche. Stati di ossidazione 0, +2, +3 e +4. Raggi atomici e ionici. Comparazione con gli elementi del gruppo 3.
II) Minerali contenenti lantanidi, estrazione e purificazione. Composti binari e sali. Leghe e loro applicazioni industriali.
III) Composti di coordinazione e organometallici della serie dei lantanidi. Caratteristiche del legame chimico, geometrie di coordinazione, atomi donatori. Applicazioni in sintesi organica e in catalisi di polimerizzazione, con approfondimento inerente i polimeri biodegradabili.
IV) Luminescenza dei composti dei lantanidi. Interazione spin-orbita. Spettri di emissione. Tempi di vita. Effetto antenna. Decadimento radiativo e non radiativo. Applicazioni tecnologiche.
V) Magnetismo dei composti dei lantanidi e applicazioni tecnologiche.
VI) Caratteristiche generali della serie degli attinidi. Estrazione e purificazione. Stati di ossidazione. Composti binari, sali e complessi. Arricchimento dell’uranio.
VII) Impiego dell’uranio come combustibile nucleare. Produzione di plutonio. Fissione con neutroni lenti e veloci. Tipi di reattori. Processi PUREX e UREX.
VIII) Torio come potenziale combustibile nucleare. Tipi di reattori. Vantaggi economici e aspetti legati alla non proliferazione di armamenti nucleari.
IX) Laboratorio: sintesi di un sale e di un composto di coordinazione di europio. Preparazione di un polimero biodegradabile drogato. Misure di fotoluminescenza.

Per lo studio e l’approfondimento della teoria:
I) M. Bortoluzzi, Chimica degli elementi di transizione e della serie dei lantanidi, Libreria Progetto, 2021. ISBN:978-88-3190-1413
II) S. Cotton, Lanthanide and Actinide Chemistry, Wiley, 2006.
III) J.-C. Bunzli, S.V. Eliseeva, Basics of Lanthanide Photophysics, Springer, 2010.
IV) C. J. Burns, M. P. Neu, H. Boukhalfa, K. E. Gutowski, N. J. Bridges, R. D. Rogers in Comprehensive Coordination Chemistry II, cap. 3.3, Elsevier, 2005.
V) K. J. Fisher in Comprehensive Coordination Chemistry II, cap. 4.1, Elsevier, 2005.
VI) F. T. Edelmann in Comprehensive Organometallic Chemistry III, cap. 4.01 - 4.02, Elsevier, 2007.
VII) C.-H. Huang, Rare Earth Coordination Chemistry, Wiley, 2010.
VIII) W. D. Loveland, D. J. Morrissey, G. T. Seaborg, Modern Nuclear Chemistry, 2nd edition, Wiley, 2017.
IX) Dispense di lezione e materiale didattico supplementare, disponibili all’indirizzo https://drive.google.com/drive/folders/0B6EkDs_UUlhBbjVNNkI5MVNqYkE?usp=sharing

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale, la quale consiste di una serie di domande alle quali lo studente deve rispondere dimostrando di conoscere e saper esporre gli argomenti dell’intero programma svolto (si veda la sezione contenuti) con proprietà di linguaggio ed uso della simbologia scientifica in ambito chimico. La prova orale ha durata variabile da 25 minuti a 35 minuti in ragione della chiarezza e coerenza delle risposte ai quesiti posti. Sono previste minimo tre domande, la prima su argomento a scelta. Una domanda deve riguardare la chimica e le applicazioni tecnologiche degli attinidi. Le sessioni d'esame potranno essere prolungate oltre la scadenza della sessione in caso di elevata numerosità studentesca. La valutazione sarà effettuata considerando i seguenti criteri:
- conoscenza e comprensione del programma: verranno valutate la profondità e l'ampiezza delle conoscenze acquisite e la capacità di applicarle a situazioni concrete;
- capacità di analisi e giudizio critico: verrà valutata la capacità di organizzare e interpretare dati, formulare giudizi autonomi e sostenere le proprie argomentazioni;
- abilità comunicative: verranno valutati la chiarezza espositiva e l'utilizzo della terminologia appropriata.
I voti saranno assegnati in base al livello di raggiungimento di questi criteri, come indicato di seguito:
- 18-22: livello sufficiente;
- 23-26: livello discreto;
- 27-30: livello da buono a ottimo;
- 30 e lode: eccellenza in tutti i criteri.

L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali comprensive di esempi. L’ultima lezione è condotta in laboratorio e prevede la sintesi e la caratterizzazione di composti strettamente legati ai contenuti erogati frontalmente. In Google Drive è presente e scaricabile il materiale didattico.

Italiano

Accessibilità, Disabilità e Inclusione
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento: Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Cambiamento climatico e energia" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile