Obiettivi Formativi

L'elettrochimica è una branca della chimica-fisica ed ha ampie applicazioni nel campo della fisica, della biologia della medicina e dell'ingegneria, per esempio nello sviluppo di nuove batterie, della deposizione di metalli, nel controllo della corrosione e in procedure di analisi di laboratorio riguardati le acque, gli alimenti ed i fluidi del corpo. Il corso si propone di fare acquisire i principi fondamentali su cui sono basate le applicazioni e tratterà di alcune di esse.

Learning Goals

Electrochemistry is a branch of physical chemistry and has wide applications in physics, biology, medicine and engineering. The course, therefore, proposes to acquire the basic principles and will treat some applications (for example, the development of new batteries, the deposition of metals, corrosion control etc.).

Metodi didattici

Il corso prevede 30 h di lezioni frontali e 12 di esercitazione

Teaching Methods

Lessons and lectures and Practical lesson

Prerequisiti

Conoscenza di matematica, fisica, chimica generale e chimica fisica

Prerequisites

Knowledge of Mathematics, Physics, General chemistry and Physical Chemistry.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame Esame orale finale, che verterà su almeno tre argomenti, verificherà il raggiungimento delle conoscenze e la padronanza dei concetti acquisiti.

Assessment

Final oral examination, based on at least three topics.

Programma del Corso

PROPRIETA’ DELLE SOLUZIONI ELETTROLITICHE (generalità): Definizione e tecniche sperimentali. Pile e elettrolisi: richiami. (1 ore) ELETTROLITI DEBOLI: Teoria di Arrhenius. Legge di diluizione di Ostwald. (1.5 ore) ELETTROLITI FORTI: Atmosfera ionica. Teoria di Debye - Hückel. Meccanismo della conducibilità. Associazione ionica. Conducibilità a frequenze di potenziale elevato. Coefficienti di attività. Legge limite di Debye - Hückel. Deviazioni dalla legge limite di Debye – Hückel. (4 ore) MOBILITA’ IONICHE: Migrazione indipendente degli ioni. Mobilità ioniche. Numeri di trasporto. Metodo di Hittorf. Metodo del confine mobile. Conducibilità ioniche. Solvatazione ionica. Mobilità degli ioni idrogeno e idrossido. Mobilità ioniche e coefficienti di diffusione. (1.5 ore) Esercitazione. (6ore) TERMODINAMICA DEI SISTEMI IONICI: Teorie degli ioni in soluzione. Modello di elettrostrizione di Drude e Nernst. Modello di Born. Trattazioni qualitative. (1 ore) CELLE ELETTROCHIMICHE e TECNICHE VOLTAMMETRICHE: Processi ossido-riduttivi chimici ed elettrochimici. La serie elettrochimica. Leggi di Faraday. Tensione di decomposizione. (2.5 ore) Generalità. Voltammetria ciclica. Applicazioni della voltammetria ciclica. Voltammetria differenziale pulsata. Applicazioni. Voltammetria differenziale pulsata. (6.5 ore) Esercitazione. (6ore) ELETTROCHIMICA DEI SISTEMI BIOLOGICI: Equilibrio Donnan. Membrana cellulare come conduttore elettrico. Potenziale di membrama a riposo. Misura del potenziale a riposo. Genesi del potenziale a riposo. Canali ionici. Pompa sodio-potassio. Equazione di Goldman- Hodgkin- Katz vs Equazione di Nerst. Sinapsi elettriche e sinapsi chimiche. (5 ore) ELETTRONICA MOLECOLARE: Teoria del trasferimento elettronico. Teoria di Marcus. Approccio quantomeccanico al trasferimento elettronico. Interazioni elettroniche tra subunità redox equivalenti in sistemi supramolecolari. L'effetto del ponte e delle interfacce. Superscambio elettronico. Sistemi a valenza mista e bande di intervalenza. (7 ore)

Course Syllabus

PROPERTIES OF ELECTROLYTE SOLUTIONS (General): Definition and experimental techniques. Cells and electrolysis. (1 hours) WEAK ELECTROLYTES: Arrhenius theory. Ostwald's dilution law. (1.5 hours) STRONG ELECTROLYTES: Ionic atmosphere. Debye- Hückel theory. Mechanism of conductivity. Ionic association. Conductivity at high frequency potentials. Activity coefficients. Debye - Hückel limiting law. Deviations from the Debye- Hückel limiting law. (4 hours) IONIC MOBILITY: Independent migration of ions. Ionic mobility. Transport numbers. Hittorf method. Shifting Boundaries. Ionic conductivities. Ionic solvation. Mobility of hydrogen and hydroxide ions. Ionic mobility and diffusion coefficients. (1.5 hours) Practical lesson (6ore) THERMODYNAMICS OF IONIC SYSTEMS: Ionic theories of solutions. Drude and Nernst's Electrostriction Model. Born’s model. Qualitative treatments. (1 hours) ELECTROCHEMICAL CELLS: Redox processes chemical and electrochemical. The electrochemical series. Faraday's laws. Decomposition voltage. (2.5 hours) VOLTAMMETRIC TECHNIQUES: General. Cyclic voltammetry. Applications of cyclic voltammetry. Differential pulse voltammetry. Applications of differential pulse voltammetry. (6.5 hours) Practical lesson (6ore) ELECTROCHEMISTRY OF BIOLOGICAL SYSTEMS: Donnan equilibrium. Cell membrane as an electrical conductor. Membrane potential and resting voltage. Measurement of the resting potential. Ion channels. Sodium-potassium pump. Equation of Goldman-Hodgkin-Katz vs. Nernst equation. Electrical and chemical synapses. (5 hours) MOLECULAR ELECTRONICS: Theory of electron transfer. Marcus theory. Approach quantumechanic to electron transfer. Electronic interactions between subunits redox equivalents in supramolecular systems. The effect of the bridge and interfaces. Electron superexchange. Systems and mixed-valence and intervalence bands (7 hours)