Chimica

DANILO DINI

In accordo ai primi due descrittori di Dublino, lo studente a fine corso dovrà aver compreso:

a) i meccanismi della conduzione di corrente nei diversi tipi di materiali (conduttori ionici, elettronici e misti) e di tutti i fattori che la controllano;
b) i fenomeni alla base della formazione dell’interfaccia elettrochimica
c) la termodinamica alla base del funzionamento dei dispositivi elettrochimici
d) i fattori cinetici che controllano il passaggio della corrente in un dispositivo elettrochimico
e) il fenomeno della corrosione dal punto di vista elettrochimico

Lo studente applicherà le conoscenze acquisite durante il corso per la realizzazione di esperimenti di elettrochimica sia di routine che di ricerca di base.

Nel corso (descrittore 4) si dedica attenzione a far sviluppare le capacità di comunicare quanto si è appreso attraverso domande in classe e l’esame finale.

1-Calculation of the current and current density passing through an electrode with semi-spherical shape when 15 ms have passed in case:
a) the electron transfer process is monoelectronic
b) the process is anodic
c) the diffusion coefficient of the redox active species is 8*10^-5 cm^2 s^-1
d) the concentration of the redox active species in the bulk is 0.1 M
e) the electrode radius is 10^-5 m

2- Calculation of the radius of the ionic cloud in an electrolyte composed of NaCl when
a) salt molality is 0.1m
b) solvent density is 1000 Kg m^-3
c) the dielectric constant of the solvent is 80
d) the temperature is 300 K

3- Calculation of the electrical potential at the distance 0.2 nm from the electrode/electrolyte interface when
a) the electrical potential at the electrode surface is 1.5 V
b) the electrical potential of the solution is -1.2 V
c) the diamter of the solvation shell in correspondence of the IHP is 1 nm

For the calculation consider the double layer model of Helmholtz

Conoscenza della chimica di base, chimica fisica, matematica di base e fisica dell'elettromagnetismo

DEFINIZIONI E CONCETTI DI BASE
Ioni, elettroliti e carica elettrica quantizzata. Transizione da conduzione elettronica a conduzione ionica in
una cella. Celle elettrolitiche e celle galvaniche. Leggi di Faraday. Sistema di unità di misura.

CONDUZIONE ELETTRICA E INTERAZIONI TRA IONI
I fondamenti; Leggi empiriche della conduttività negli elettroliti; Mobilità ionica e trasporto secondo
Hittorf. Teorie sulla conduttività: equazione di Debye-Hueckel-Onsager. Il concetto di attività dal punto di vista
elettrochimico. Le proprietà degli elettroliti deboli.

POTENZIALI ELETTRODICI E STRUTTURA DEL DOPPIO STRATO
Potenziali di elettrodo e loro dipendenza da T, P e a. Elettrodi di riferimento e serie elettrochimica.
Potenziali interliquido e potenziali di membrana. Il doppio strato e gli effetti di elettrocapillarità): in
particolare i tre modelli di doppio strato secondo Helmholtz, Gouy-Chapman e Stern. I metodi di
determinazione del pzc.

CORRENTE ELETTRICA
Potenziali d’elettrodo e flusso di corrente; sovratensioni. Il transfer elettronico e il modello del complesso
attivato. L’equazione di Butler-Volmer e i limiti a basso e alto campo. Sovratensione da concentrazione e
i problemi associati alla diffusione ionica. Diffusione stazionaria, non-stazionaria planare e sferica,
microelettrodi. Altri problemi di cinetica elettrochimica. Cenni su Adsorbimento, Isoterme di
Adsorbimento, e Elettrocristallizzazione con e senza diffusione sulla superficie.

CELLE GALVANICHE E ALTRE APPLICAZIONI INDUSTRIALI
Fondamenti dei processi elettrochimici industriali. Celle d’elettrolisi, separatori e membrane. Sistemi
elettrosintetici ed elettrocatalitici. Elettrodeposizione di metalli e di semiconduttori (anche in sistemi
nanostrutturati). Trattamento delle acque, elettroforesi, elettrodialisi. Proprietà delle batterie e degli
accumulatori ricaricabili. Esempi di batterie. Le celle a combustibile (“fuel cells”) e le loro applicazioni.

CORROSIONE
Termodinamica: i diagrammi di Pourbaix per vari metalli. La cinetica della corrosione. Esempi di
corrosione.

ELECTROCHEMISTRY (II Edizione) di Hamann, Hamnett e Vielstich-Wiley VCH (531 pagine)

Articoli scientifici a carattere prevalentemente didattico su argomenti specifici del corso

Il corso di Elettrochimica si svolge nelle modalita' frontale e a distanza per tutta la sua durata e consiste nella spiegazione dei diversi argomenti presentati su slides di PowerPoint. Per la modalita' a distanza si usa Google Meet con un link di ingresso al corso da definire

Il corso di Elettrochimica si svolge in un semestre con frequenza di due lezioni a settimana. La durata della lezione e' di due ore continuate.

L'esame consiste nella sola prova scritta. In questa prova lo studente deve dimostrare con l'ausilio soltanto di carta e penna di aver compreso i concetti presentati nel corso.
L'esame consiste in una prova scritta di durata massima di 3 ore.
Il numero totale delle domande e' tre.
Durante la prova e' tassativamente vietato l'uso di appunti del corso, testi, computer e smartphone.
Su ogni foglio consegnato va apposto il nome ed il cognome dell'esaminando/a.

Modelli di doppio strato elettrochimico
Equazione di Butler-Volmer
Nube ionica nelle soluzioni elettrolitiche
Influenza del trasporto di massa nelle equazioni cinetiche elettrochimiche

• testo : ELECTROCHEMISTRY (Hamann-Hamnett-Vielstich)