Silvestro Natoli

Mariano Calatozzolo

Le nuove indicazioni ministeriali dell’indirizzo “Chimica, Materiali e Biotecnologie” articolazione “Chimica e Materiali” mostrano una tendenza alla compressione dei contenuti ispirandosi ad una logica di “razionalizzazione” delle risorse umane ed economiche anziché alle esigenze della società ed agli obiettivi del processo formativo. In particolare, sono state sacrificate 4 ore settimanali di materie di indirizzo, rendendo necessaria la soppressione di “Chimica-Fisica” per evitare un’eccessiva frammentazione delle discipline chimiche in relazione alle ore a disposizione.
 
 La nuova edizione del manuale accoglie queste indicazioni, assicurando una stretta connessione con la scansione dei programmi ministeriali ma, allo stesso tempo, gli argomenti centrali della disciplina sono sviluppati in maniera da consentire al docente di scegliere le conoscenze da trasmettere, tra tutte quelle indicate nelle indicazioni ministeriali, in base agli obiettivi formativi fissati e di sviluppare gli opportuni approfondimenti.
 
 Le principali novità riguardano i contenuti di “Chimica-Fisica” direttamente correlate alla disciplina di Tecnologie Chimiche che sono state incluse nel piano dell’opera. In particolare: <ul><li>lo studio degli equilibri tra fasi diverse che sono collegati alla trattazione di tutte le operazioni unitarie basate sul raggiungimento di condizioni di equilibrio tra fasi diverse;
</li><li>lo studio della termodinamica e della cinetica chimica, ovvero i cardini teorici che consentono la corretta rappresentazione dei bilanci di materia e di energia e la definizione delle migliori condizioni operative di una reazione, sia per quanto riguarda le rese che le velocità di reazione.</li></ul>

1. I fondamenti chimico-fisici delle operazioni unitarie: il primo principio della termodinamica

1.1 Definizioni e concetti fondamentali

1.2 Temperatura e calore: il principio zero

1.3 L'energia interna e il primo principio

1.4 Il calore specifico

1.5 Entalpia

1.6 Applicazioni del primo principio

Glossario

Esercizi

2. Bilanci di materia ed energia

2.1 Le equazioni di bilancio ed i principi di conservazione

2.2 I bilanci di materia

2.3 Bilanci di energia nei sistemi aperti in cui non si realizzano reazioni chimiche

3. Il trasferimento di calore

3.1 Equazioni di trasferimento

3.2 La conduzione

3.3 La convezione

3.4 Trasmissione di calore per irraggiamento

3.5 Applicazione delle equazioni di bilancio e di trasferimento

3.6 Isolamento termico

4. Le apparecchiature per lo scambio termico

4.1 Gli scambiatori di calore

4.2 Gli scambiatori a doppio tubo

4.3 Gli scambiatori a fascio tubiero

4.4 Altri tipi di scambiatori

4.5 I condensatori e ribollitori

4.6 Il vapore e il trasferimento di energia termica

4.7 Il controllo della temperatura negli scambiatori

5. I fondamenti chimico-fisici dei processi: il secondo ed il terzo principio

5.1 Le macchine termiche

5.2 Secondo principio. gli enunciati di kelvin-planck e clausius

5.3 Il ciclo di carnot

5.4 L'entropia

5.5 Frigoriferi e pompe di calore

5.6 Bilancio entropico

5.7 L'energia “libera” – lavoro ed equilibrio

6. Il trasporto dei gas

6.1 Il lavoro di compressione

6.2 Le apparecchiature per il trasporto dei gas

7. I fondamenti chimico-fisici delle operazioni unitarie: i diagrammi di fase

7.1 I diagrammi di fase di sostanze pure: l'acqua

7.2 Evaporazione ed ebollizione di sostanze pure

7.3 L'equilibrio liquido-vapore nelle soluzioni

8. Concentrazione e cristallizzazione

8.1 Aspetti generali della concentrazione

8.2 Impianti di evaporazione a singolo effetto

8.3 Il comportamento reale delle soluzioni

8.4 Influenza delle variabili di processo

8.5 Gli impianti a multiplo effetto

8.6 Bilanci e dimensionamento degli evaporatori a multiplo effetto

8.7 Evaporazione per ricompressione meccanica del vapore

8.8 Caratteristiche costruttive degli evaporatori

8.9 Le apparecchiature ausiliarie

8.10 Gli schemi di controllo negli impianti di evaporazione

8.11 La cristallizzazione

9. Essiccamento

9.1 Generalità e ambiti applicativi

9.2 I processi in fase gassosa: la psicrometria

9.3 Parametri termometrici dell'aria umida

9.4 Il diagramma psicrometrico

9.5 Le trasformazioni dell'aria umida

9.6 Le caratteristiche interne dei solidi umidi

9.7 Bilanci di materia ed energia nell'essiccamento

9.8 Classificazione e caratteristiche degli essiccatori

9.9 La liofilizzazione

9.10 Il controllo negli impianti di essiccamento

9.11 Le torri di raffreddamento

10. I fondamenti chimico-fisici dei processi: la termodinamica chimica

10.1 Il primo principio e la termochimica

10.2 Spontaneità ed equilibrio chimico

11. I fondamenti chimico-fisici dei processi: cinetica chimica, catalisi, reattori

11.1 La velocità di reazione

11.2 Velocità di reazione e concentrazione

11.3 Velocità di reazione e temperatura

11.4 La velocità di reazione al variare di concentrazione e temperatura

11.5 Catalisi e catalizzatori

11.6 I reattori chimici

12. Processi industriali

12.1 Idrogeno e gas di sintesi

12.2 La sintesi dell'ammoniaca

522 a +  , quando sono presenti solo i prodotti.   espresso in funzione di unità di concentrazione (attività e grandezze correlate, per i sistemi a comportamento non ideale).   dato dal prodotto delle concentrazioni dei prodotti elevate ai relativi coefficienti stechiometrici, diviso il prodotto delle concentrazioni dei reagenti, sempre elevate ai relativi coefficienti stechiometrici. Coincide con la costante d equilibrio termodinamica (vedi) quando le concentrazioni coincidono con quelle d equilibrio. Il quoziente di reazione in termodinamica, essendo le concentrazioni che vi compaiono in rapporto con quelle allo stato standard, è adimensionale. Glossario un valore limite: le rese effettive sono generalmente inferiori. termodinamica. Se una trasforma  Spontaneità zione, in determinate condizioni, presenta una variazione dell energia di Gibbs negativa è termodinamicamente spontanea. Ciò non significa che la trasformazione avvenga effettivamente. Per una reazione chimica è necessaria che anche la cinetica sia favorevole. Il classico esempio è dato dall esistenza dei numerosi materiali combustibili nell atmosfera ricca di ossigeno della nostra Terra: in assenza di un opportuno innesco, non bruciano (fortunatamenente!). Resa termodinamica. Per una reazione chi-   Stato standard. Insieme di condizioni arbitrarie   mica, è la resa in un determinato prodotto scelte, secondo opportune norme, per uniforottenibile in condizioni di equilibrio termodinamico, alla pressione e alla temperatura date. Rappresenta la massima resa ottenibile in quelle condizioni e che non può essere superata.   ricavabile dalla corrispondente costante d equilibrio termodinamica (vedi).   mare i dati e facilitare i calcoli. Per le funzioni di stato termodinamiche, il tipico stato standard è la sostanza pura alla pressione di 100 kPa (1 bar); fino al 1982 la pressione era 1 atm. Per miscele e soluzioni sono previsti specifici stati standard. 

523 esercizi Capitolo 10 Nota: quando non riportati nel testo, i dati relativi alle proprietà standard delle sostanze, quali  H° e  G° di formazione, S°, sono reperibili nell Appendice 18; i valori medi dei calori specifici sono sempre forniti, si possono comunque ricavare online. esercizio 1 Calcolare l entalpia standard a 25°C per la reazione di combustione del propano a partire dalle entalpie di formazione. C3H8(g) + 5 O2(g)   3 CO2(g) + 4 H2O(l) (Risposta:   2219,9 kJ/mol) esercizio 2 L acetilene si può produrre da metano secondo la reazione: 2 CH4(g)   CH   CH(g) + 3 H2(g) Calcolare il  H°rTa a partire dalle entalpie di formazione. (Risposta: 376,6 kJ) esercizio 3 Calcolare il  H°rTa per la reazione di deidrogenazione del n-pentano ad 1-pentene utilizzando le entalpie standard di legame (v. Tab. 10.1). Scrivere la reazione e tenere conto solo dei legami che si rompono e si formano nel corso della reazione stessa. (Risposta: 127 kJ/mol) esercizio 4 Calcolare il  H°rTa per la reazione di steam reforming del metano: CH4(g) + H2O(g)   CO(g) + 3 H2(g) Sono noti i pci a 25°C delle seguenti sostanze: pci(CH4(g)) = 902,5 kJ/mol, pci(CO(g)) = 283,0 kJ/mol, pci(H2(g)) = 241,8 kJ/mol. Scrivere tutte le reazioni implicate ed organizzarle in modo da ottenere la reazione data. (Risposta: 205,9 kJ/mol) esercizio 5 Il  H° di combustione a 25°C dell acido acetilsalicilico cristallino (C9H8O4) è di   3869,1 kJ/mol. Utilizzando le entalpie di formazione costruire, con le reazioni implicate, un ciclo per calcolare il  H° di formazione del composto. O OH O CH3 O Acido acetilsalicilico (Aspirina®) (Risposta:   815,6 kJ/mol) 

Le nuove indicazioni ministeriali per "Chimica e Materiali" influenzano il manuale, mantenendo i punti chiave ma consentendo flessibilità.

Tecnologie chimiche industriali

Tecnologie chimiche industriali, Vol. 2

Flowbooks è una piattaforma di distribuzione dedicata al mondo della scuola e dell'università.  Con questa piattaforma di distribuzione, il team di sviluppo Flowbooks  si impegna a soddisfare le esigenze degli utenti digitali, rendendo l'utilizzo accessibile e piacevole.  Entra nella tua area di interesse!

Edisco è una Casa editrice indipendente che opera prevalentemente nel settore educativo.

Edisco

Flowbooks è innovazione didattica a portata di click