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Oggetto:
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CHIMICA ORGANICA AMBIENTALE

Oggetto:

ENVIRONMENTAL ORGANIC CHEMISTRY

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Anno accademico 2024/2025

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

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

Al termine dell’insegnamento gli studenti e le studentesse  avranno acquisito una conoscenza dell'intreccio complicato di reazioni organiche atmosferiche che si originano in seguito all'immissione antropogenica o naturale di molecole organiche 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.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

L'insegnamento fornisce le nozioni ed i concetti fondamentali per essere in grado di prevedere l’evolvere dei processi ossidativi troposferici e spiegare i possibili prodotti maggioritari di reazione.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Ci si aspetta che venga acquisita la capacità di valutare criticamente le informazioni ottenute dalla letteratura

ABILITÀ COMUNICATIVE

gli studenti e le studentesse avranno la capacità di comunicare le conoscenze acquisite in ambito ambientale, utilizzando un linguaggio tecnico-scientifico chiaro e comprensibile a interlocutori specialisti e non specialisti.

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO

Alla fine dell’insegnamento gli studenti e le studentesse saranno in grado di prevedere e analizzare criticamente le numerose reazioni che coinvolgono le molecole organiche in atmosfera.  La presenza di teoria ed esperienze di laboratorio stimolano e rendono possibile l'apprendimento permanente da parte degli studenti

 

L'acquisizione delle conoscenze e delle capacità sopra descritte sarà valutata in sede di esame

 

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

At the end of the course, students gain a comprehensive understanding of the complex web of atmospheric organic reactions that occur as a result of anthropogenic or natural emissions of organic molecules into the troposphere. This includes both gas- and heterogeneous-phase chemistry, as the course also examines the transition from molecular aggregates to particulate matter, particularly carbonaceous particles, and the reactions that can occur at the gas-solid interface.

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

The course provides the fundamental concepts and knowledge necessary to predict the evolution of tropospheric oxidative processes and explain the possible major reaction products.

MAKING JUDGMENTS

Students are expected to develop the ability to critically evaluate information obtained from literature.

COMMUNICATION SKILLS

Students will be able to communicate the knowledge acquired in the environmental field using clear and understandable technical-scientific language to both specialist and non-specialist audiences.

LEARNING SKILLS

By the end of the course, students will be able to predict and critically analyze the numerous complex reactions involving organic molecules in the atmosphere. The presence of theoretical lessons and laboratory experiences stimulates and enables continuous learning.

 

The acquisition of the above-described knowledge and skills will be assessed during the examination.

 

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Programma

Rassegna dei problemi atmosferici. Struttura verticale dell'atmosfera. Irradiamento e processi fotolitici (fotolisi di O2, O3, NO2, NO3, carbonili). 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.
Laboratorio: 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 Gaussian e Gaussview.

 

An overview of atmospheric problems. Vertical structure of the atmosphere. Irradiation and photolysis of O2, O3, NO2, NO3, carbonyl. 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 (Gaussian and Gaussview), 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. 

 

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.  

 

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame orale, della durata di circa 30 minuti, 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.), ponendo particolare attenzione sui meccanismi di reazione.  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 delle specie reattive organiche (VOC).
L'esame si svolge in presenza.
Sulla pagina Moodle del corso è presente un quiz di 30 domande che coprono tutti gli argomenti del programma e che permette allo/alla studente/studentessa di autovalutare (facoltativamente) la propria preparazione in vista dell'esame. Il voto dell'eventuale autovalutazione NON fa media con l'esame.
Il laboratorio prevede in test finale su piattaforma Moodle (31 domande a risposta multipla).
Il voto complessivo, espresso in trentesimi è la media aritmetica del test laboratorio e dell'esame orale.

The oral exam, lasting approximately 30 minutes, aims to verify the clarity of ideas and the clarity of presentation with which the student explains the topics proposed in the course. The presentation focuses on the examination of typical organic reactions, in the atmosphere, of a selected class of organic species (alkanes, alkenes, alkynes, aromatic hydrocarbons, etc.), with particular attention to reaction mechanisms. This is considered within a framework that includes aspects of chemical kinetics and photochemistry, as well as the interplay with the action and evolution of reactive organic species (VOCs).
The exam takes place in person.

On the course's Moodle page, there is a quiz with 30 questions covering all the topics in the syllabus, allowing the student to optionally self-assess their preparation in view of the exam. The score of the optional self-assessment does NOT count towards the exam grade.

The laboratory includes a final test on the Moodle platform (31 multiple-choice questions).

The overall grade, expressed in /30th, is the arithmetic mean of the laboratory test and the oral exam.

 

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Attività di supporto

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

 

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

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere
Anno pubblicazione:  
2000
Editore:  
Academic Press
Autore:  
B. J. Finlayson-Pitts, J. N. Pitts
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Atmospheric Reaction Chemistry
Anno pubblicazione:  
2016
Editore:  
Spinger
Autore:  
H. Akimoto
ISBN  
Permalink:  
Note testo:  
Disponibile online
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Per approfondimenti facoltativi sulla parte teorica del laboratorio:

Andrea Bottoni
Introduzione alla chimica organica computazionale
2023
Edises
ISBN: 9788836231638

For optional in-depth study on the theoretical part of the laboratory:

Andrea Bottoni
Introduzione alla chimica organica computazionale
2023
Edises
ISBN: 9788836231638

 



Oggetto:

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-e-studentesse-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-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto)

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
  • Chiusa
    Apertura registrazione
    01/01/2024 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    01/06/2024 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 25/09/2024 10:41
    Location: https://chimicaambiente.campusnet.unito.it/robots.html
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