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CHIMICA ORGANICA AMBIENTALE

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ENVIRONMENTAL ORGANIC CHEMISTRY

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Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
MFN0262
Docente
Andrea Maranzana (Titolare)
Corso di studio
Laurea magistrale in Chimica dell'Ambiente D.M. 270 (1° anno)
Anno
1° anno
Periodo
Secondo Semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
CHIM/06 - chimica organica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti

Chimica organica di base e chimica fisica di base, quali acquisibili durante il triennio di Chimica.


Basic Organic Chemistry and Physical Chemistry knowledge, such as attained in the first three years.
Propedeutico a

Nessuna propedeuticità


The course is not preparatory to future course
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Lo scopo è di presentare agli studenti e alle studentesse una rassegna delle più importanti trasformazioni chimiche della troposfera e della stratosfera, nonché del loro impatto sul clima, sulla qualità dell'aria, e sulla salute umana. Vengono inoltre presentati alcuni aspetti della "chimica verde". Vengono date informazioni sui meccanismi delle reazioni atmosferiche (con una parte dedicata alle combustioni), mettendo in luce l'interconnessione e la complementarietà degli studi sul campo, sperimentali di laboratorio, e teorico-modellistici. Sono messi in evidenza portata e limiti dei differenti metodi di indagine. Attraverso il laboratorio si acquisisce pratica su quest'ultimo aspetto, eseguendo dei calcoli quantomeccanici volti a definire semplici cammini di reazione.

The purpose is to present to the students an overview of the most important reactions that take place in the troposphere and stratosphere, both organic and inorganic. Their impact onto the climate, air quality, and human health is also discussed. Also some aspects of the "Green Chemistry" are presented. Information on the atmospheric reactions mechanisms is given (with a part dedicated to combustion processes). How field studies, experimental laboratory investigations, and theoretical-modelistic studies are intertwined is stressed, as the reach and limits of different methods of investigation. Through their lab work, the students acquire confidence on the last aspect, by carrying out quantum mechanical computations on simple reaction pathways.

 

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Risultati dell'apprendimento attesi

Ci si aspetta che gli studenti e le studentessa acquisiscano una conoscenza complessiva dell'intreccio complicato di reazioni organiche atmosferiche che si originano dall'immissione antropogenica o naturale di molecole organice nella troposfera. Una chimica in fase gas e anche in fase eterogenea, dato che si esamina anche la transizione da aggregati di molecole a particolato, in particolare quello carbonioso, e quindi anche le reazioni che possono avvenire all'interfase gas-solido.

 

The student is expected to attain an overall knowledge of the complex relation among different organic reactions that take place in the atmosphere, involving organic species of anthropogenic or natural origin. A gas-phase chemistry is mainly discussed. However, some cases of heterogeneous chemistry are also presented, since the transition from molecular clusters to particulate is considered, in particular the carbonaceous particulate. Its affinity with some organic molecules induces to discuss reactions which can take place at the gas-solid interphase.

 

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Programma

Rassegna dei problemi atmosferici. Struttura verticale dell'atmosfera. Irradiamento e processi fotolitici. Trattamento cinetico dei dati. Tempo di vita naturale e tempo di dimezzamento. Dipendenza della velocità di reazione dalla pressione e dalla temperatura. Equazione di Arrhenius e teoria dello Stato di Transizione. Processi ossidativi diurni di CO e CH4. Cicli HOx Ossidazione di alcani. Alchil, alchilperossil, e alcossil radicali. Loro evoluzione. Ruolo degli NOx Ossidazioni degli alcheni iniziata da HO. Ozonizzazione. Reazioni con il radicale nitrato. Ossidazione degli alchini. Studi sperimentali. Cenno a studi teorici meccanicistici. Composti ossigenati Composti ossigenati Idrocarburi aromatici. Studi cinetici della degradazione ossidativa. Cenno a studi teorici meccanicistici. Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) e loro associazione al particolato atmosferico. Fotolisi e ossidazione (funzionalizzazione) ad opera di HO, NO3, O3, etc. Aerosol. Natura multimodale del particolato. Origini. Composizione. Origine, natura e ruolo del particolato carbonioso. Chimica della stratosfera. Trasporto troposfera-stratosfera. Ciclo di Chapman e al "buco dell'ozono". Altri cicli. Chimica verde: principi ed esempi di utilizzo di dimetilcarbonati, liquidi ionici e DES, fluidi supercritici, composti perfluorurati, microonde, acqua. Illustrazione con esempi e riferimenti a letteratura recente. Combustione: tipi di fiamme, miscela H2/O2, meccanismo di combustione di CH4 e C6H6 ad alta e bassa temperatura, equilibrio, equilibrio parziale, stato quasi-stazionario, formazione di NO e CO2.
Presentazione e discussione (1) degli strumenti usati per il laboratorio e (2) dei possibili dettagli meccanicistici delle reazione studiate laboratorio: calcoli quantomeccanici volti a definire semplici cammini di reazione e loro possibile ruolo; uso di programmi quali il sistema Gaussian.

 

An overview of atmospheric problems. Vertical structure of the atmosphere. Irradiation and photolysis. Kinetic analysis af the data. Natural lifetime and half-lives. Dependance of the reaction rate from T and P. Arrhenius equation. Transition State Theory. Diurnal and nocturnal oxidation of methane and carbon monoxide. HOx cycles. Alkane oxidation. Alkyl, Alkyl peroxyl, and alkoxyl radicals. Reaction channels and branching ratios. Oxidation of alkenes triggered by HO and NO3. Ozonization of alkenes. Oxidation of alkynes. Experimental and theoretical studies on the reaction mechanism. Oxygenated compounds. Aromatic hydrocarbons. Kinetic studies on the oxidative degradation. Some information on theoretical studies of the oxidation mechanism. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) and their association with the atmospheric particulate. Photolysis and oxidation (functionalization) by HO, NO3, O3, etc. Aerosol. Multimodal nature of the atmospheric particulate. In particular, origins, composition and role of the carbonaceous particulate. Chemistry of the stratosphere. Transport of pollutants from troposphere to stratosphere. The Chapman cycle and the "ozone hole". Other cycles. Green chemistry: principles and applications (dimethyl carbonates, ionic liquids and DES, supercritical fluids, perfluorinated compounds, microwaves, water). Examples from the recent literature.  Combustion: types of flames, H2/O2 reaction, low and high-temperature mechanisms of CH4 andC6H6 oxidation at low and high-temperature, equilibrium, partial equilibrium, quasi-steady state approximation, NO and CO2 formation.
Introduction to the lab work: theoretical tools, programs, model systems to be studied as regards reaction mechanisms. Lab work.

 

 

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento consta di 6 CFU, 4 di lezioni e 2 di laboratorio. La frequenza alle lezioni è soltanto consigliata, non obbligatoria. La frequenza in laboratorio è obbligatoria.

L'insegnamento è erogato in presenza. 
Il materiale didattico è pubblicato su piattaforma Moodle. 

Comunicazione con studenti e studentesse: il docente è disponibile a rispondere a domande via mail o, su richiesta, mediante incontro su Webex o in presenza

 

Lessons (6 credits, i.e. 4 of lessons and 2 in the lab). To attend the lectures is not mandatory, just advisable. The attendance to the lab is compulsory.

The course is held in presence.
The didactic material is published on Moodle platform.  


Communication with students: teacher is available to answer questions by email or, on request, by meeting on Webex.

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame orale ha come obiettivo di verificare la chiarezza di idee e la chiarezza espositiva con cui lo studente o la studentessa espone i temi proposti nell'insegnamento. L'esposizione verte sull'esame di reazioni organiche tipiche, in atmosfera, di una classe selezionata di specie organiche (alcani, alcheni, alchini, idrocarburi aromatici, etc.).  Questo in un quadro in cui si considerano aspetti di cinetica chimica e di fotochimica, e anche l'intreccio con l'azione e l'evoluzione di specie reattive inorganiche. L'esame orale permette un dialogo che pare possa evidenziare (più facilmente di uno scritto) il buon uso della logica e la coerenza nell'elaborare l'esposizione di un tema.
Vengono rivolte mediamente 2/3 domande. Il laboratorio prevede un quiz su Moodle sulle esperienze svolte, il cui voto fa media con l'esame orale. Il voto è espresso in trentesimi.

L'esame sarà in presenza.

 

The oral examination has the purpose of assessing how clear are the concepts to the student, and how clearly she/he can discuss the proposed theme. Organic reactions in the atmosphere typical of certain classes of compounds (alkanes, alkenes, alkynes, aromatic hydrocarbons, etc.) have to be discussed, taking also into account kinetic and photochemistry aspects. How these organic reactions are intertwined with the evolution and action of reactive inorganic species is also considered. The oral examination is believed to allow the assessment of the logic capabilities of the student, more than a written test. Two or three questions are usually posed. A Moodle quiz on the treated experiences is required at the and of the laboratory. The total vote will be average weighted with the oral examination. Grades are expressed in /30th.

The exam will be held in precence.

 

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Attività di supporto

Non prevista.

Not contemplated.

 

Testi consigliati e bibliografia

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1. B. J. Finlayson-Pitts, J. N. Pitts "Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere", Academic Press, 2000.

2.  H. Akimoto, "Atmospheric Reaction Chemistry", Spinger, 2016. 
Ebook scaricabile gratuitamente, previa autenticazione:  https://link.springer.com/book/10.1007/978-4-431-55870-5

 

1. B. J. Finlayson-Pitts, J. N. Pitts "Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere", Academic Press, 2000.

2.  H. Akimoto, "Atmospheric Reaction Chemistry", Spinger, 2016.
Ebook available: https://link.springer.com/book/10.1007/978-4-431-55870-5

 

 



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Note

La frequenza alle lezioni è soltanto consigliata, non obbligatoria. La frequenza in laboratorio è obbligatoria.

 

Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-con-disabilita) e di accoglienza (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) di Ateneo, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-con-disabilita/supporto-agli-studenti-con-disabilita-sostenere-gli-esami).

To attend the lectures is not mandatory, just advisable. The attendance to the lab is compulsory.

 

Students with DSA or disabilities are kindly requested to familiarize themselves with the support procedures (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-con-disabilita and https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) at the University, especially the necessary procedures for in-exam support (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-con-disabilita/supporto-agli-studenti-con-disabilita-sostenere-gli-esami).

Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    01/01/2024 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    01/06/2024 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 16/01/2024 12:00
    Non cliccare qui!