UNIVERSITÀ DEGLI STUDI PERUGIA

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INDICE LAUREA TRIENNALE IN CHIMICA........................ .....................................................4

INSEGNAMENTI del I° ANNO - I° semestre ........................................................................................4

CHIMICA GENERALE ED INORGANICA 1....................................................................................4 Modulo: CHIMICA GENERALE E INORGANICA.......................................................................4 Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE..................................................................5

MATEMATICA 1.................................................................................................................................5 FISICA 1 ...............................................................................................................................................6

INSEGNAMENTI del I° ANNO - II° semestre.......................................................................................7 CHIMICA GENERALE E INORGANICA 2 ......................................................................................7 CHIMICA ANALITICA.......................................................................................................................7 MATEMATICA 2.................................................................................................................................8 FISICA 2 ...............................................................................................................................................8

INSEGNAMENTI del II° ANNO - I° semestre.......................................................................................9 CHIMICA FISICA 1.............................................................................................................................9

Modulo: CHIMICA FISICA 1..........................................................................................................9 Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 1.....................................................................10

CHIMICA ORGANICA 1 ..................................................................................................................11 Modulo: CHIMICA ORGANICA 1 ...............................................................................................11 Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA 1.............................................................12

INGLESE............................................................................................................................................12 INSEGNAMENTI del II° ANNO - II° semestre ...................................................................................13

CHIMICA INORGANICA.................................................................................................................13 Modulo: CHIMICA INORGANICA ..............................................................................................13 Modulo: LABORATORIO DI CHIMICA INORGANICA ...........................................................13

CHIMICA ANALITICA STRUMENTALE ......................................................................................14 INFORMATICA.................................................................................................................................15 CHIMICA DEL RESTAURO ............................................................................................................15

INSEGNAMENTI del III° ANNO - I° semestre ...................................................................................16 CHIMICA FISICA 2...........................................................................................................................16

Modulo: CHIMICA FISICA 2........................................................................................................16 Modulo:LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 2......................................................................17

CHIMICA ORGANICA 2 ..................................................................................................................17 Modulo: CHIMICA ORGANICA 2 ...............................................................................................17 Modulo: LABORATORIO CHIMICA ORGANICA 2..................................................................18

CHIMICA BIOLOGICA ....................................................................................................................19 INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI - III° ANNO - II° semestre ..............................20

CHIMICA DELLO STATO SOLIDO................................................................................................20 CHIMICA VERDE.............................................................................................................................21 FONDAMENTI DI CHIMICA QUANTISTICA...............................................................................21 PROCESSI DI SUPERFICIE .............................................................................................................22 PROGETTAZIONE MOLECOLARE ...............................................................................................22 SPETTROCHIMICA..........................................................................................................................23

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LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE CHIMICHE.............. ..................................... 24 INSEGNAMENTI I° ANNO - I° semestre.............................................................................................24

SCIENZE MOLECOLARI APPLICATE ..........................................................................................24 SISTEMI NANOSTRUTTURATI .....................................................................................................24 MECCANISMI DELLE REAZIONI ORGANICHE.........................................................................25 ESPERIENZE PROFESSIONALI .....................................................................................................26

Curriculum Chimica Fisica......................................................................................................................26 INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre ..........................................................................................26

CHIMICA FISICA AVANZATA ......................................................................................................26 Modulo: DINAMICA IN PROCESSI FLUIDI ..............................................................................26 Modulo: INDAGINI DI SISTEMI COMPLESSI...........................................................................27

SPETTROSCOPIA MOLECOLARE.................................................................................................27 DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE..................................................................................28

Curriculum Chimica Inorganica .............................................................................................................30 INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre ..........................................................................................30

MECCANISMI E DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE....................................................30 Modulo: FONDAMENTI TEORICI...............................................................................................30 Modulo: ASPETTI SPERIMENTALI ............................................................................................30

CHIMICA QUANTISTICA MOLECOLARE ...................................................................................31 CHIMICA DEI MATERIALI INORGANICI....................................................................................31

Curriculum Chimica Organica................................................................................................................33 INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre ...........................................................................................33

CHIMICA ORGANICA 3 ..................................................................................................................33 Modulo: SINTESI ORGANICA.....................................................................................................33 Modulo: CATALISI IN CHIMICA ORGANICA..........................................................................34

INTERAZIONI DEBOLI IN CHIMICA ORGANICA......................................................................34 CHIMICA ORGANICA SUPERIORE ..............................................................................................35

INSEGNAMENTI II° ANNO - I° semestre ...........................................................................................36 CATALISI INDUSTRIALE...............................................................................................................36 TECNOLOGIE CHIMICHE PER L’AMBIENTE.............................................................................37

INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI II° ANNO - I° semestre...................................38 CHEMIOINFORMATICA .................................................................................................................38 CHIMICA BIOINORGANICA..........................................................................................................38 CHIMICA COMPUTAZIONALE .....................................................................................................39 CHIMICA PER L’ENERGIA.............................................................................................................39 CRISTALLOCHIMICA .....................................................................................................................40 ENZIMI IN CHIMICA ORGANICA.................................................................................................41 FOTOCHIMICA.................................................................................................................................41 MATERIALI PER LE ENERGIE RINNOVABILI ...........................................................................42 METODI TEORICI PER LA DINAMICA MOLECOLARE............................................................42 MODELLISTICA DELLE MOLECOLE ORGANICHE ..................................................................43 OTTICA NON LINEARE ..................................................................................................................43 SPETTROSCOPIA NMR...................................................................................................................44

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LAUREA TRIENNALE IN CHIMICALAUREA TRIENNALE IN CHIMICALAUREA TRIENNALE IN CHIMICALAUREA TRIENNALE IN CHIMICA

INSEGNAMENTI del I° ANNO - I° semestre CHIMICA GENERALE ED INORGANICA 1 12CFU MODULO: CHIMICA GENERALE E INORGANICA 6CFU Prof. Gaia Grossi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855510 e-mail: gaia.grossi@unipg.it Programma Stechiometria e teoria atomica della materia Leggi storiche della stechiometria. Determinazione delle masse atomiche e delle formule molecolari. Isotopi. La mole. Formule chimiche ed equazioni chimiche. Calcoli stechiometrici. Lo stato gassoso Leggi di Boyle, Charles e Gay-Lussac. Equazione di stato dei gas ideali. Leggi di Dalton dei miscugli gassosi. Teria cinetica dei gas. Distribuzione delle velocità molecolari: funzione di distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Verifica sperimentale della distribuzione della velocità. Capacità termiche dei gas. Gas ideali. Compressibilità. Gas reali: equazione di Van der Waals. Forze intermolecolari. Lo stato solido e lo stato liquido Proprietà macroscopiche dei solidi. Cenni sui tipi di solidi: solidi ionici, molecolari, covalenti e metallici. Cenni sulla determinazione delle strutture dei solidi mediante raggi X. Cenni sulla teoria cinetica dello stato liquido. Soluzioni Proprietà delle soluzioni. Soluzioni ideali. Soluzioni non ideali. Solubilità. Proprietà colligative. Transizioni di fase Energetica delle transizioni di fase. Tonalità termica e variazione di entalpia. Proprietà degli equilibri. L'equilibrio liquido-vapore. Dipendenza dalla temperatura della tensione di vapore. Equilibri solido/liquido, solido-vapore e solido-solido. Diagrammi di stato di sistemi ad un componente. Regola delle fasi applicata ai sistemi ad un componente. Equilibri chimici Natura dell'equilibrio chimico. Costanti di equilibrio e loro significato. Influenza esterna sull’equilibrio: effetto della concentrazione, effetto della temperatura. Equilibri ionici in soluzione acquosa Sali poco solubili. Equilibri di solubilità. Precipitazione e prodotto di solubilità. Effetto dello ione a comune. Proprietà degli acidi e delle basi. Equilibri che coinvolgono acidi e basi deboli. Proprietà acido-base di soluzione saline. Soluzioni tampone. Titolazioni. Indicatori acido-base. Termodinamica chimica Sistemi, stati, funzioni di stato. Prime legge della termodinamica. Entalpia. Termochimica. Reversibilità e spontaneità. Seconda legge della termodinamica. Entropia. Energia libera e costanti di equilibrio. Reazioni di ossidoriduzione Numero di ossidazione e reazioni di ossidoriduzione. Semireazioni. Bilancio di reazioni di ossidoriduzione. Potenziali elettrodici ed equazione di Nerst. Pile di ossidoriduzione e di concentrazione. Costanti di equilibrio di reazioni di ossidoriduzione. Elettrolisi. Accumulatori. Corrosioni. Testi consigliati: P. ZANELLO, R.GOBETTO, R. ZANONI Conoscere la Chimica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 2009

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o MAHAN-MEYERS Chimica 3 edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1991; A. LIBERTI Stechiometria e calcoli chimici, Liguori Editrice, Napoli 1990. MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE 6CFU Prof. Gaia Grossi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855510 e-mail: gaia.grossi@unipg.it Programma - La materia e la sua misura - Dimensioni e unità fondamentali (Sistema Internazionale). Unità di concentrazione. Errore sperimentale. Precisione e accuratezza. Cifre significative. Grafici. Definizione e proprietà della distribuzione normale. Principio di funzionamento e modalità d'uso della bilancia analitica. Operazioni fondamentali di laboratorio. Norme generali di sicurezza e di comportamento in laboratorio. - Analisi gravimetrica - Analisi per combustione e metodo gravimetrico indiretto. Precipitazione e prodotto di solubilità. Formazione dei precipitati. Soprasaturazione e nucleazione. Filtrazione, contaminazione, composizione dei precipitati. Campo di applicazione e calcoli dell'analisi gravimetrica. Determinazione delle masse atomiche e delle formule chimiche.

- Le Soluzioni - Composizione e preparazione di soluzioni. Principi di solubilità. - Equilibri ionici in acqua - Proprietà acido-base di soluzione saline. Indicatori acido-base. - Esperienze di laboratorio - Determinazione della formula chimica di un sale. Preparazione del solfato di rame penta-idrato. Determinazione del calore specifico di un metallo. Determinazione della massa atomica di un elemento. Verifica della legge di Boyle. Determinazione gravimetrica del ferro. Equilibri ionici in soluzione acquosa: idrolisi di sali; indicatori; soluzioni tampone. Velocità di una reazione chimica. Testi consigliati: P. ZANELLO, R.GOBETTO, R. ZANONI Conoscere la Chimica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 2009 o MAHAN-MEYERS Chimica 3 edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1991; A. LIBERTI Stechiometria e calcoli chimici, Liguori Editrice, Napoli 1990; Dispense di laboratorio.

MATEMATICA 1 9CFU Prof. Giorgio Faina Dip. di Matematica e Informatica - Tel. 075-5855009 e-mail: giorgio.faina@unipg.it Programma Sistemi lineari e matrici. Operazioni con matrici: somma e prodotto per numero reale, prodotto righe per colonne. Soluzioni di sistemi lineari: matrici elementari, il metodo di Gauss. Sistemi di coordinate: coordinate cartesiane, cambi di coordinate. Cenni di geometria nel piano e nello spazio Funzioni. Massimo e minimo,estremo superiore e inferiore Limiti di successioni. Limiti di funzioni. Funzioni continue. Derivate. Integrali. Serie numeriche. Testo consigliato: M. Bramanti, C.D.Pagani, S.Salsa "Matematica" Zanichelli

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FISICA 1 6CFU Dr. Francesco Cottone Dip. Di Fisica e Geologia – Tel. 075-5852770 e-mail: francesco.cottone@unipg.it Programma 1. Le misure e i vettori Grandezze fisiche ed il sistema internazionale di unità di misura. Precisione, cifre significative ed analisi dimensionale. Potenze di 10. L’Universo per ordini di grandezza. Vettori e scalari. Proprietà ed operazioni con i vettori. 2. Cinematica Moto in una dimensione. Vettore posizione, velocità ed accelerazione. Cinematica unidimensionale (moto uniformemente accelerato). Moto in due e tre dimensioni. Moto dei proiettili, resistenza del mezzo (cenni), moto curvilineo, moto circolare uniforme, Sistemi inerziali, moto relativo e trasformazioni di Galileo. 3. Forze e leggi di Newton Forza, massa e peso. Le leggi di Newton. Le varie forze in natura. Forze di attrito, forza gravitazionale, forze elettriche e magnetiche, tensioni. Forze dipendenti dal tempo. Forma vettoriale delle leggi di Newton in 3 dimensioni. Applicazioni delle leggi di Newton: moto unidimensionale, dinamica del moto circolare uniforme, moto oscillatorio armonico. Legge di Hooke. Sistemi di riferimento non inerziali e forze fittizie. 4. Sistemi di particelle. Il moto di un sistema di particelle. Sistemi di due particelle e sistemi di più particelle. Centro di massa si un sistema finito di particelle e di un corpo solido. Conservazione della quantità di moto per un sistema di particelle. 5. Lavoro ed energia meccanica. Lavoro, potenza ed energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica. 6. Quantità di moto e urti fra corpi. La quantità di moto. Impulso e quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Urti fra due corpi. Sistemi a massa variabile. Equazione del razzo. 7. Cinematica e dinamica dei moti rotatori. Moto rotatorio. Variabili rotazionali vettoriali. Relazioni fra variabili lineari ed angolari. Momento angolare di una particella. Sistemi di particelle. Momento e velocità angolari. Conservazione del momento angolare. Leggi di Keplero. Momento torcente di una particella. Momento d’inerzia di un corpo rigido. Statica dei corpi rigidi con un asse fisso, baricentro. Dinamica dei corpi rigidi con un asse fisso. Moti roto-traslatori. Esempi di trottola e giroscopio. 8. Meccanica dei fluidi. Statica dei fluidi: la pressione in un fluido. Principio di Pascal e legge di Stevino. Principio di Archimede. Esempi ed applicazioni dell’idrostatica. Fenomeni di superficie. Dinamica dei fluidi, generalità. Fluidi ideali: le equazioni del moto. Equazioni di continuità. Flusso stazionario, teorema di Bernoulli. Applicazioni sui fluidi stazionari. Cenni sulla dinamica dei fluidi reali: viscosità, moto laminare e legge di Poiseuille, il numero di Reynolds. Moto in un fluido, resistenza del mezzo. 9. Oscillazioni ed onde. Oscillazioni forzate e risonanza. Onde trasversali e longitudinali. Onde sonore, onde superficiali. Caratteristiche di un’onda. Onde armoniche. Equazione d’onda su una corda. Potenza ed energia in un’onda su una corda. Fronti d’onda, coerenza di fase. Propagazione dell’energia, intensità delle onde. Il principio di sovrapposizione. Fenomeni ondulatori: riflessione, rifrazione, diffrazione, interferenza di onde. Cenni di acustica. Effetto doppler.

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Testi consigliati: Tipler – Mosca: Corso di Fisica, 1 – Meccanica Onde Termodinamica. Ed. Zanichelli Resnick – Halliday – Krane: FISICA 1. Ed. Ambrosiana Dispense del docente nel sito web: https://sites.google.com/site/cottonefra/teaching INSEGNAMENTI del I° ANNO - II° semestre CHIMICA GENERALE E INORGANICA 2 6CFU Prof. Simonetta Cavalli Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855513 e-mail: simonetta.cavalli@unipg.it Programma – Struttura atomica – Modelli atomici. L’atomo secondo la meccanicaondulatoria. Livelli energetici degli orbitali atomici. Il principio di aufbau ela configurazione elettronica di atomi poli-elettronici. – Struttura molecolare – Proprietà del legame chimico: legami ionici, legami covalenti e covalenti polari. Formule di Lewis. Geometria delle molecole, modello della repulsione delle coppie elettroniche. Legami multipli. Momenti di dipolo. Magnetismo. Modello del legame di valenza e cenni sulla teoria degli orbitali molecolari. Legame metallico. Forze intermolecolari. Interazione delle molecole con la luce. – Elementi di Chimica Inorganica – Struttura elettronica e tavola periodica. Energia di ionizzazione, affinità elettronica e elettronegatività. Dimensioni degli atomi e degli ioni. Numeri di ossidazione. Proprietà chimiche di alcuni elementi dei gruppi principali. – Cinetica Chimica – Velocità e meccanismi di reazione. Ordine di reazione e molecolarità. Effetto dei catalizzatori. Datazione di reperti fossili e geologici. Interpretazione teorica delle velocità delle reazioni chimiche. Testo consigliato P. Zanello, R. Gobetto, R. Zanoni, Conoscere la Chimica, CEA, Milano (2009); Tavola Periodica e Proprietà degli elementi, Idelson-Gnocchi s.r.l. CHIMICA ANALITICA 9 CFU Prof.ssa Francesca Nunzi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855517 e-mail: francesca.nunzi@unipg.it Programma - Aspetti teorici e pratici di un processo analitico. Fasi di una tipica analisi chimica quantitativa. Criteri di fattibilità di una determinazione analitica. Analisi Quantitativa: - Aspetti generali delle titolazioni volumetriche. Preparazione di soluzioni a concentrazione nota. - Curve di titolazione teoriche e sperimentali. Criteri per individuare il punto equivalente nelle curve di titolazione simmetriche e non simmetriche. - Titolazioni per precipitazione. Titolazione di alogenuri secondo Mohr e Fajans - Titolazioni di Neutralizzazione. Equazioni di curve di titolazione acido-base per sistemi forti e deboli monoprotici e poliprotici. Studio delle correlazioni tra i grafici del potere tampone in funzione del pH, per sistemi acido-base anche complessi, e le curve di titolazione. Indicatori acido-base bicolorati e a comparsa di colore. Metodi potenziometrici e conduttometrici per la determinazione del punto equivalente.

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- Titolazioni Complessometriche. Uso di agenti chelanti (in particolare dell'E.D.T.A.) e criteri per individuare le condizioni sperimentali ottimali per la determinazione di un generico analita. Indicatori metallo cromici. Titolazioni dirette, indirette, per spostamento e selettive di più metalli. - Titolazioni di Ossidoriduzione. Stabilità delle coppie redox in soluzione acquosa. Potenziale al punto equivalente. Permanganatometria, iodometria diretta e indiretta. Analisi Qualitativa: Soluzione per la ricerca degli anioni. Proprietà chimiche e reazioni di riconoscimento degli anioni e in particolare: alogenuri, anioni dello zolfo, arsenico, fosforo e carbonio. Analisi qualitativa dei cationi. Soluzione per la ricerca dei cationi. Separazione dei cationi in gruppi analitici. Separazione e riconoscimento dei cationi che formano idrossidi e carbonati insolubili Testi consigliati: D. C. HARRIS, Chimica Analitica Quantitativa, Zanichelli, Bologna, II edizione 2005 P. LANZA, Chimica Analitica Generale, Patron, Bologna, 1992 D.A. SKOOG, D.M. WEST, F.G. HOLLER, Fondamenti di Chimica analitica II edizione, EdiSES, Napoli. A. ARANEO, Chimica Analitica Qualitativa, Ed. Zanichelli, Bologna. MATEMATICA 2 6CFU Prof. Massimo Giulietti Dip. di Matematica e Informatica - Tel. 075-5855021 e-mail: massimo.giulietti@unipg.it Programma: Spazi vettoriali e trasformazioni lineari. Spazi euclidei. Autovettori ed autovalori. Diagonalizzazione. Calcolo differenziale per funzioni di più variabili a valori vettoriali. Limiti, continuità e differenziabilità. Derivate parziali, piano tangente, differenziale. Regola della catena. Forme differenziali lineari. Integrali curvilinei. Equazioni differenziali. Equazioni del primo ordine (a variabili separabili, omogenee, lineari). Equazioni lineari del secondo ordine. Serie di Taylor, esponenziale complesso. Sviluppi in serie di Taylor. Testo consigliato: M. Bramanti, C.D. Pagani, S. Salsa, Matematica, Zanichelli FISICA 2 6CFU Dr. Maurizio Mattarelli Dip. di Fisica e Geologia - Tel. 075-5852770 e-mail: maurizio.mattarelli@unipg.it Programma: Elettrostatica Interazioni elettriche e carica elettrica. Conduttori e isolanti. Induzione elettrostatica. Legge di Coulomb. Campo elettrostatico. Linee di forza. Teorema di Gauss. Campo di una distribuzione di cariche puntiformi e continue. Dipolo elettrico. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Potenziale ed energia potenziale elettrostatica. Superfici equipotenziali.. Proprietà elettrostatiche di un conduttore. Teorema di Coulomb. Condensatori (serie e parallelo). Capacità di un conduttore e di un condensatore. Energia di un condensatore. Densità di energia elettrostatica. La costante dielettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Equazioni generali dell’elettrostatica in presenza di dielettrici. Meccanismi di polarizzazione di molecole in gas, liquidi e solidi. Corrente elettrica

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Densità ed intensità di corrente. Legge di Ohm. Resistenza e resistività. Modello classico della conduzione elettrica. Mobilità di cariche elettriche in vari conduttori. Resistenze in serie e in parallelo. Potenza dissipata. Forza elettromotrice. Carica e scarica di un condensatore.. Leggi di Kirchoff. Misure di intensità di corrente e di differenze di potenziale Campo magnetico costante Magneti permanenti. Forza esercitata da un campo magnetico. Forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico costante. Forza magnetica su di un conduttore percorso da corrente Sorgenti di campo magnetico. Legge di Biot e Savart. Teorema della circuitazione di Ampere. Solenoide. La legge di Gauss per i campi magnetici. Magnetismo nella materia: permeabilità e suscettività magnetica. Le sostanze diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo L'induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Neumann-Lenz. Induttanza. Energia magnetica. Circuiti RL. Corrente alternata. Onde elettromagnetiche e ottica fisica Leggi di Maxwell. Equazione d’onda per le onde elettromagnetiche. Onde piane sinusoidali. Spettro delle onde elettromagnetiche. Luce e indice di rifrazione. Riflessione e rifrazione Interferenza di Young e da lamine sottili. Diffrazione di Fraunhofer. Diffrazione da una fenditura rettilinea. Reticoli di diffrazione. Testi consigliati Tipler, Mosca, Corso di fisica: 2 : Elettricità, magnetismo e ottica, Halliday, Resnick, Walker Fisica II Mazzoldi, Nigro, Voci. Elementi di Fisica: elettromagnetismo e onde. INSEGNAMENTI del II° ANNO - I° semestre CHIMICA FISICA 1 15CFU MODULO: CHIMICA FISICA 1 8CFU Prof. Piergiorgio Casavecchia Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855514 e-mail: piergiorgio.casavecchia@unipg.it Programma: 1) TERMODINAMICA: Generalità. Sistemi termodinamici, funzioni di stato, grandezze parziali molari. Forze intermolecolari. Equazioni di stato di sistemi in fase gassosa e condensata. Equazione di van der Waals, stato critico, principio degli stati corrispondenti e valutazione del fattore di compressibilità di gas reali puri e in miscela. Calore; lavoro. 1° Principio della Termodinamica. Esperienze di Joule. Energia interna; entalpia. Capacità termiche a volume e pressione costante. Pressione interna. Processi isotermi e adiabatici reversibili e irreversibili. Termochimica: leggi, calorimetria. Entalpie di formazione, combustione, atomizzazione dei composti chimici. Entalpia di legame e di risonanza. Equazione di Kirchhoff. Bilanci termici. 2° Principio della Termodinamica. Entropia: approccio termodinamico e statistico. Ciclo e teorema di Carnot. Diseguaglianza di Clausius. Entropia come criterio di spontaneità e di equilibrio.

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Funzioni ausiliarie: funzioni di lavoro ed energia libera. Condizioni di equilibrio in sistemi chiusi: equazione di Gibbs-Helmholtz. Relazioni termodinamiche fondamentali ed equazioni termodinamiche di stato. Potenziale chimico. Equazione di Gibbs-Duhem. 3° Principio della Termodinamica. Comportamento della materia in prossimità dello zero assoluto. Entropie assolute e loro utilizzazione. Applicazioni dei principi della Termodinamica. Sistemi gassosi perfetti e reali: potenziale chimico, fugacità, coefficienti di fugacità, diagrammi di Newton e regola di Lewis-Randall. Sistemi polifase: deduzione termodinamica della regola delle fasi, equazione di Clausius-Clapeyron; leggi di Raoult e di Henry; equazione di Duhem-Margules. Potenziale chimico e convenzioni sugli stati standard nelle soluzioni. Distillazione. Analisi termica. 2) MECCANICA QUANTISTICA E STRUTTURA ATOMICA Introduzione. Natura ondulatoria e corpuscolare delle particelle e delle radiazioni. Il corpo nero. Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Esperienza di Davisson e Germer. Dinamica dei sistemi microscopici e principi della meccanica quantistica. Equazione di Schrödinger. Quantizzazione. Operatori e osservabili. Principio di indeterminazione. Trattamento di sistemi modello. Particella nella scatola; oscillatore armonico; rotatore rigido bidimensionale e tridimensionale. Spettri atomici e struttura atomica. Assorbimento, emissione, probabilità di transizione. Trattamento quanto-meccanico per l’atomo di idrogeno e spettro dell’atomo di idrogeno. Modello vettoriale per sistemi mono- e poli-elettronici; numeri quantici L, S, J; accoppiamenti LS e jj. Quantizzazione spaziale: effetto Zeeman normale e anomalo. Deduzione dei termini degli stati fondamentali ed eccitati degli atomi in base al principio di Pauli e alle regole di Hund. Diamagnetismo; paramagnetismo; effetto magnetico-calorico. Testi consigliati: Peter ATKINS Julio DE PAULA, CHIMICA FISICA (quarta edizione italiana), Ed. Zanichelli, Bologna (2004). Walter J. MOORE, CHIMICA FISICA, Piccin, Padova (1990). M. G. BETTOLLI e M. Mastragostino, Problemi di Termodinamica con risoluzione, Ed. Corso, Bologna. MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 1 7CFU Prof. Aldo Romani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855620 e-mail: aldo.romani@unipg.it Programma Equilibrio Chimico Equilibrio chimico e suo significato termodinamico. Equilibrio chimico in fase gassosa: costante di equilibrio e sue espressioni, dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura. Principio di Le Chatelier e sua espressione analitica. Rendimento chimico. Equilibrio in fase eterogenea. Elettrochimica dell'equilibrio (soluzioni ioniche) Equilibri in soluzione. Potenziale chimico ed attività degli ioni in soluzione. La conducibilità ionica, il numero di trasporto e la loro determinazione sperimentale. Teoria di Debye-Huckel e sua applicazione per la stima dei coefficienti di attività e della conducibilità di elettroliti (eqs. di Debye-Huckel e di Onsager). Elettrochimica dell'equilibrio (le celle elettrochimiche) Tipi di potenziale: elettrico, chimico ed elettrochimico. Celle elettrochimiche e loro classificazione. Concetto di reversibilità ed irreversibilità: cenni sul potenziale di giunzione interliquido. Equazione di Nernst. Convenzione sulle pile. Termodinamica delle celle elettrochimiche. Tipi di elettrodi.

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Applicazione delle misure di f.e.m.: prodotto di solubilità e costanti di dissociazione. Elettrochimica dinamica Concetti principali e applicazioni: Polarografia , celle a combustibile. Trattamento dei dati sperimentali Presentazione dei dati, Calcolo dell’errore e della sua propagazione nelle misure sperimentali. Durante il corso verranno svolte esercitazioni numeriche riguardanti gli argomenti trattati. Esercitazioni di laboratorio Vengono eseguite 4 esperienze sui seguenti argomenti: Termochimica (calori di combustione); Equilibri (diagrammi di equilibrio di fase liquido-vapore di soluzioni binarie; equilibrio chimico in fase gassosa); Soluzioni (volumi parziali molari); Elettrochimica (numeri di trasporto; verifica dell'equazione di Onsager sulle conducibilità ioniche). Testi consigliati: P.W. ATKINS, Chimica Fisica, Ed. Zanichelli, Bologna; W.J. MOORE, Chimica fisica, Piccin, Padova; SILLEN, LANGE, GABRIELSON, Problemi di Chimica Fisica, Piccin, Padova; Integrati mediante appunti di lezione. CHIMICA ORGANICA 1 15CFU MODULO: CHIMICA ORGANICA 1 8CFU Prof. Renzo Ruzziconi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855543 e-mail: renzo.ruzziconi@unipg.it Programma: Struttura atomica. Il concetto di ibridazione degli orbitali. Il legame chimico. Acidità e basicità secondo Brønsted e secondo Lewis. I composti organici, concetto di gruppo funzionale. Gli alcani. Isomeria delle molecole organiche. Elementi di analisi conformazionale. Principi fondamentali sulla reattività, le reazioni fondamentali della chimica organica. Gli alcheni: struttura preparazione e reattività. La reazione di addizione elettrofila. Composti aromatici: concetto di aromaticità, struttura, preparazione e reattività dei composti aromatici. La reazione di sostituzione elettrofila aromatica. Composti eterociclici con anelli a cinque e sei atomi: pirrolo, furano, tiofene, imidazolo, piridina. Elementi di stereochimica organica: stereoisomeria, enantiomeri e diastereoisomeri. Reazioni stereoselettive. Gli alogenuri alchilici: struttura preparazione e reattività; le reazioni di sostituzione nucleofila SN1 e SN2. Alcoli, fenoli ed eteri: struttura preparazione e reattività. I composti carbonilici, caratteristiche del gruppo funzionale C=O. Aldeidi e chetoni: struttura preparazione e reattività; l’addizione nucleofila acilica. Derivati delle aldeidi e dei chetoni: immine, enammine, idrazoni, ossime. La tautomeria cheto-enolica, la condensazione aldolica. Acidi carbossilici, struttura e reattività. Derivati degli acidi carbossilici: alogenuri acilici, anidridi, esteri e ammidi. La condensazione di Claisen, la sintesi malonica e la sintesi acetacetica. Le ammine, struttura e reattività. Ammine alifatiche e aromatiche, reazione delle ammine con acido nitroso, la reazione di Sandmeyer. Testi consigliati: P. I. Bruice Chimica Organica, IV Ed. Casa Editrice EdiSES, T. W. G. Solomons, C. B. Fryhle, R.G. Johnson La chimica organica attraverso gli esercizi. Casa Editrice Zanichelli 2010. Dispense ed esercizi del docente.

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MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA ORGANICA 1 7CFU Prof. Lucio Minuti Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855545 e-mail: lucio.minuti@unipg.it Programma: Prevenzione e sicurezza in laboratorio. Incidenti e pronto soccorso. Vetreria di laboratorio. Tecniche di isolamento e purificazione: Filtrazione per gravità e sotto vuoto. Cristallizzazione ed essiccamento dei cristalli. Il punto di fusione. Estrazione con solventi. Distillazione semplice e frazionata, distillazione a pressione atmosferica e sotto vuoto, distillazione in corrente di vapore. Cromatografia di adsorbimento e di ripartizione: cromatografia su colonna, su strato sottile, su carta; cenni di gascromatografia e di cromatografia ad alta risoluzione (HPLC). Letteratura chimica e ricerca bibliografica. Esercitazioni di Laboratorio: Vengono eseguite 8-10 esercitazioni pratiche riguardanti la preparazione, separazione, purificazione e caratterizzazione di alcuni composti organici. Testi consigliati: D.L. Pavia, G.M. Lampman, G.S. Kriz, Il Laboratorio di Chimica Organica, Ed. Sorbona, Milano. A.I. Vogel, Chimica Organica Pratica, II Ed., Casa Editrica Ambrosiana, Milano. Dispense del titolare del corso INGLESE 3CFU L’insegnamento di Inglese viene erogato presso il Centro Linguistico d'Ateneo al secondo anno di corso ed è semestrale, con 60 ore di esercitazioni frontali. Nei mesi di settembre/ottobre e gennaio/febbraio gli studenti sosterranno il test out di lingua inglese presso il CLA (prenotandosi in rete all’indirizzo http://cla.unipg.it/prenotazione-test.html) e, in caso di conferma del livello richiesto (A2), lo studente acquisirà i crediti relativi. Il CLA provvederà a comunicare direttamente ai singoli Coordinatori di corso di laura i nominativi degli studenti risultati idonei nel test out ed i suddetti Coordinatori stileranno l’elenco da inviare alle Segreterie Studenti per la registrazione negli atti della carriera universitaria. Nel caso in cui lo studente non confermi il livello richiesto, potrà frequentare le attività didattiche presso il suddetto Centro. Ad ogni fine sessione/appello dei test finale il CLA stesso provvederà a comunicare i nominativi degli studenti risultati idonei direttamente ai singoli Coordinatori di corso di laura. Le lezioni si svolgeranno nei pomeriggi di mercoledì e venerdì. Nel caso in cui lo studente sia in possesso di una delle certificazioni di conoscenza linguistica (Inglese) rilasciate da Enti certificatori accreditati a livello internazionale da non più di tre anni, il CLA provvederà all’applicazione della procedura prevista dalla delibera del S.A. del 15/07/2008* . * ”Le certificazioni di conoscenza linguistica sono accettate solo se ottenute da non più di 3 anni presso Enti certificati accreditati a livello internazionale. Tuttavia esse non danno titolo a riconoscimento automatico di CFU, ma possono, qualora corrispondenti al livello del framework europeo definito dalle singole Facoltà e previo test sostenuto presso il CLA, evitare allo studente che ne è in possesso la frequenza del corso preparatorio e il test finale presso il CLA”

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INSEGNAMENTI del II° ANNO - II° semestre CHIMICA INORGANICA 12CFU MODULO: CHIMICA INORGANICA 6CFU Prof. Alceo Macchioni Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855579 e-mail: alceo.macchioni@unipg.it Programma Forze chimiche: distanze internucleari e raggi atomici, tipi di forze chimiche, legame a idrogeno ed effetti delle forze chimiche. Energetica e struttura dei solidi ionici e metallici: le strutture dei solidi complessi, imperfezioni nei cristalli, conducibilità nei solidi ionici, solidi tenuti assieme da legami covalenti, materiali allo stato solido con legami polari. Acidi, basi e ioni in soluzioni acquose e non-acquose: concetti acido-case, misura della forza acido-base, acidi e basi “hard” e “soft”, proprietà dell’acqua, solventi non acquosi e sali fusi. Reazioni di ossido-riduzione: potenziali standard di riduzione in relazione alle proprietà termodinamiche, elettrochimica in soluzioni acquose e non acquose. Chimica di coordinazione: considerazioni generali, struttura, reazioni, cinetica e meccanismi di reazione. Chimica descrittiva dei metalli di transizione: andamenti periodici generali, chimica dei vari stati d’ossidazione, la chimica degli elementi potassio-zinco, chimica dei metalli di transizione più pesanti, cenni sui lantanidi e sugli attinidi. Chimica Organometallica: la regola dei diciotto elettroni, complessi metallo carbonili, complessi nitrosili, complessi di diazoto, metallo-alchili, -carbeni, -carbini e –carburi, complessi di olefine e di acetlini non aromatici, metalloceni, reazioni di complessi organometallici. Cenni di catalisi omogenea ed eterogenea: introduzione e definizioni, applicazioni industriali della catalisi omogenea, sviluppo di catalizzatori omogenei, superfici e interazioni con specie adsorbite in catalisi eterogenea, applicazioni commerciali della catalisi eterogenea. Testi consigliati: J. H. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter “Chimica Inorganica”, 1999, Piccin. MODULO: LABORATORIO DI CHIMICA INORGANICA 6CFU Prof.ssa Paola Belanzoni Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855618 e-mail: paola.belanzoni@unipg.it Programma Introduzione alla chimica inorganica. Fondamenti di meccanica quantistica. Equazione di Schrödinger in coordinate cartesiane e polari. Orbitali atomici idrogenoidi: parte radiale ed angolare. Forma degli orbitali s, p, d, f. Gli atomi polielettronici e loro struttura elettronica. Principio di Pauli, principio di Aufbau, stati atomici, simboli di termine e regole di Hund. Periodicita' degli elementi. La tavola periodica e andamenti periodici di: dimensione degli atomi, energia di ionizzazione ed affinita' elettronica. Elettronegativita': scala di Pauling, Mulliken e Allred-Rochow. Regole di Slater per il calcolo della carica nucleare effettiva. Anomalie periodiche ed effetti relativistici. Modelli di legame chimico: legame ionico e legame covalente. La struttura di Lewis. Teoria del legame di valenza (VB). Teoria degli orbitali molecolari (MO). Applicazione ad alcune molecole biatomiche (omonucleari ed eteronucleari) e poliatomiche. Il metodo di Hückel. La geometria delle molecole ed il modello VSEPR. Concetti fondamentali di simmetria e teoria dei gruppi. La chimica degli elementi:l'idrogeno, gli elementi del "blocco s" e gli elementi del "blocco p".

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La chimica degli elementi del "blocco d": considerazioni generali. Complessi di coordinazione. Teoria del campo cristallino. Teoria degli orbitali molecolari applicata ai complessi di coordinazione. Teoria del campo dei leganti. Serie spettrochimica. Proprieta' magnetiche dei complessi di coordinazione. Testi consigliati: J.E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter, "Chimica Inorganica - Principi, Strutture, Reattivita'", Ed. Piccin, Padova. D.F. Shriver, P.W. Atkins, C.H. Langford "Chimica Inorganica", Ed. Zanichelli, Bologna.. CHIMICA ANALITICA STRUMENTALE 6CFU Prof. Gianfranco Bellachioma Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855577 e-mail: gianfranco.bellachioma@unipg.it Programma Metodi analitici Chimica analitica: concetti generali. Definizione dei termini usati in chimica analitica. La misura in chimica analitica, incertezza e cifre significative. L’unità di misura, Calibrazione e suoi limiti, Calcolo dell’incertezza nel caso di misure singole. Classificazione dei metodi analitici. Strumenti per l’analisi. La scelta del metodo analitico. Sensibilità. Limite di rilevabilità. Selettività. Sorgenti di rumore nell’analisi strumentale. Rapporto segnale/rumore. Precisione e riproducibilità. Varianza, Deviazione standard, Accuratezza. t di Student, Test Q, Carte di controllo. Il campionamento statistico: esplorazione e monitoraggio. Le caratteristiche chimico/fisiche della Matrice Analitica. Il campione da laboratorio. I principi della cromatografia. Assorbimento e adsorbimento, Cromatografia analitica e preparativa, il cromatogramma, Il picco cromatografico, tempo e volume di ritenzione, il coefficiente di ripartizione, La teoria cromatografica dei “piatti”, Il fattore di ritenzione. Risoluzione, Il grafico di Van Deemter, numero piatti teorici, Ottimizzazione di un processo cromatografico. Gascromatografia: definizione e campo di applicazione, L’apparecchiatura, Il gas carrier, Iniettori: split/splitless, on-column e PTV, Le colonne gascromatografiche: impaccate e capillari. La cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC): campo di applicazione, Schema a blocchi, Solventi per cromatografia liquida, degasaggio, Pompe HPLC isocratiche e a gradiente, Iniettori manuali e automatici, Colonne HPLC: Tipi di fase stazionaria, Particle size, Particle shape, Porosità. Cromatografia ad esclusione, Detector per HPLC: UV Visibile, DAD, ELSD, MS. L’analisi chimica qualitativa e quantitativa con le tecniche cromatografiche: Calibrazione e fattore di risposta, Normalizzazione Interna, Standardizzazione Esterna, Metodo delle Aggiunte Spettrometria di massa. La Massa degli Atomi, massa assoluta e massa relativa, Massa isotopica e massa atomica media, Lo spettrometro di massa. La ionizzazione delle specie chimiche. Le varie sorgenti di ioni. Analizzatori e risoluzione. Detector. Interpretazione dello spettro di massa. Spettroscopia di Assorbimento Atomico. Lo spettro elettromagnetico. Interazione tra radiazione e materia. Tecniche ottiche di analisi. Spettroscopia di assorbimento e di emissione Spettri atomici, generalità. Sistemi a multipletti. Interpretazione dei numeri quantici J e S. Spettri atomici dei metalli alcalini ed alcalini terrosi. Ampiezza delle righe. Schema a blocchi di una spettrofotometro di AA Strumentazione: lampade a catodo cavo ed altri tipi di sorgenti, Sistemi di atomizzazione in fiamma ed in fornetto. Vari tipi di bruciatori. Prismi e reticoli. Ampiezza spettrale di banda passante, dispersione, rivelatori. Parte pratica: Esperienze di applicazione delle tecniche cromatografiche per analisi nei settori ambientali, alimentari, biologici e dei beni culturali.

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Applicazioni della spettroscopia di assorbimento atomico nelle determinazioni quantitative in liquidi biologici ed industriali di metalli pesanti inquinanti. Elaborazione dati con metodi di analisi statistica. Testi consigliati: Consultare il docente INFORMATICA 6CFU Prof. Stefano Crocchianti Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel.075-5855515 e-mail: stefano.crocchianti@unipg.it Programma Architettura Computer: microprocessore, l'elaboratore monoprocessore, reti e calcolo concorrente. Software di base: rappresentazioni digitali, connettori logici e operatori matematici. Il sistema operativo. Cenni di sistemi operativi Microsoft. Cenni di sistemi operativi Unix. La logica della programmazione: strutture della programmazione, procedure di conteggio, accumulo e convergenza, algoritmi elementari. Il linguaggio Fortran. Testi consigliati: Pagina web: http://orfeo.chm.unipg.it/croc/lpc A. LAGANA`, A. RIGANELLI, S. CROCCHIANTI, Note di Informatica, Morlacchi editore T.M.R. ELLIS, Programmazione strutturata in Fortran 77, Zanichelli M. CAPOVANI, O. MENCHI, Introduzione alla matematica computazionale, Zanichelli A.S. TENEBAUM, Architettura del computer, un approccio strutturale, Prentice Hall, International Jackson Libri CHIMICA DEL RESTAURO 6CFU Prof. Brunetto Brunetti Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075 5855508 e-mail: brunetto.brunetti@unipg.it Programma I materiali dei beni culturali Materiali costitutivi, datazioni, tecniche realizzative e degrado delle opere d’arte. Diagnostica: metodologie analitiche non-invasive e con micro-campionamento. Datazioni per materiali inorganici e organici. Proprieta’ dei nuclei atomici. Decadimenti radiativi. Effetti delle radiazioni. Principi della dosimetria. Termoluminescenza. Autenticazione e datazione di materiali ceramici per termoluminescenza: principi e metodi di misura. Sorgenti di errore. Radiocarbonio: formazione e scomparsa. Datazioni al radiocarbonio per materiali organici: metodo R.I.D. e metodo A.M.S..Sorgenti di errore. Calibrazioni delle misure. Dendrocronologia. Cenni alle datazioni per racemizzione. Materiali vetrosi Struttura e proprieta’ dei vetri. Alterazioni dei materiali vetrosi: meccanismo di corrosione. Origine del colore nei vetri e negli smalti ceramici. Le decorazioni ceramiche a lustro: compositi vetro-metallo nano strutturati e loro proprieta’.

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Materiali Pittorici Aspetti chimici delle tecniche pittoriche (tempera, olio, affresco). Proprieta’ ottiche dei film pittorici, Struttura e proprieta’ di pigmenti inorganici naturali e di sintesi. Struttura e proprieta’ di coloranti organici naturali e di sintesi. Complessi metallo-organici. Processi di degrado di alcuni pigmenti inorganici. Alterazione e degrado dei dipinti murali. Metodi di indagine Applicazioni della spettrometria di fluorescenza ai raggi X alla analisi non invasiva di superfici policrome. Applicazioni della spettroscopia microRaman e FTIR (micro, macro e a fibre ottiche) alla analisi di materiali inorganici e organici.. Testi consigliati: Chimica per l’Arte, AAVV, Zanichelli, 2007. INSEGNAMENTI del III° ANNO - I° semestre CHIMICA FISICA 2 12CFU MODULO: CHIMICA FISICA 2 6CFU Prof. Fausto Elisei Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855588 e-mail: fausto.elisei@unipg.it Programma SPETTROSCOPIA Spettroscopia molecolare Emissione ed assorbimento della luce: regole di selezione, larghezza ed intensità delle righe. Spettroscopia rotazionale: modello del rotatore rigido. Interpretazione degli spettri rotazionali di molecole biatomiche e poliatomiche lineari. Determinazione delle distanze di legame. Spettroscopia vibrazionale: modello dell'oscillatore armonico, anarmonicità. Funzioni di energia potenziale di molecole biatomiche. Spettri vibrazionali di molecole poliatomiche. Modi normali di vibrazione. Fondamenti di teoria dei gruppi. Frequenze di gruppo. Spettroscopia elettronica: Orbitali molecolari. Spettri elettronici. Probabilità di transizione. Principio di Frank-Condon. dissociazione e predissociazione. Spettri di assorbimento e di emissione. Spettri elettronici di complessi a trasferimento di carica (equazione di Benesi-Hildebrand) e di coloranti organici coniugati (teoria di Kuhn). Analisi quantitativa spettrofotometrica. Spettrofotometri UV-VIS ed IR; fluorimetri. Effetto laser. MECCANICA E TERMODINAMICA STATISTICA Legame chimico Legame chimico: metodi del legame di valenza e degli orbitali molecolari. Semplici applicazioni della teoria dei gruppi. Meccanica e termodinamica statistica Insiemi statistici e leggi di distribuzione. Funzione di ripartizione dei gas perfetti: fattori traslazionale, rotazionale, vibrazionale, elettronico e nucleare. Indistinguibilità. Funzioni termodinamiche dei gas perfetti e di loro miscele. Potenziale chimico. Costante di equilibrio. Funzioni di ripartizione dei gas reali (cenno) e dei solidi cristallini. Statistiche quantistiche: Bose-Einstein e Fermi-Dirac.

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Testi consigliati: P. W. ATKINS, Chimica Fisica, 4a edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2004. W. J. MOORE, Chimica Fisica, 4a ediz., Piccin, Padova, 1979. - oppure la traduzione italiana di Basic Physical Chemistry (1983) (Piccin, 1990). G. K. VEMULAPALLI, Chimica Fisica (1993), traduzione italiana, Ed. EdiSes, Napoli 1995. D. A. Mc Quarrie and J. D. Simon, Physical Chemistry – A molecular approach, University Science MODULO:LABORATORIO DI CHIMICA FISICA 2 6CFU Prof.ssa Anna Spalletti Dip. Chimica - Tel. 075-5855575 e-mail: anna.spalletti@unipg.it Programma - Cinetica Chimica La velocità delle reazioni chimiche. Ordine e molecolarità. Leggi di velocità. Meccanismi di reazione. Approssimazione dello stato stazionario. Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura. Reazioni a catena. Tecniche sperimentali. Teorie delle collisioni e dello stato di transizione. Previsione teorica delle costanti di velocità. Reazioni monomolecolari. Reazioni in soluzione. Reazioni su superfici solide. Catalisi omogenea ed eterogenea. - Fotochimica Produzione e decadimento di stati eccitati. Transizioni radiative e non-radiative; accoppiamento vibronico e spin-orbita. Diagramma di Jablonski. Fotoreazioni: misura di resa quantica e meccanismi. Confronto fra cinetiche termiche e fotochimiche. Equazioni di Stern-Volmer per lo spegnimento di emissione. Tecniche stazionarie e pulsate. - Esercitazioni di laboratorio. Vengono eseguite 8 -10 esercitazioni pratiche sui seguenti argomenti: a) Cinetica chimica: determinazione dell’ordine, della costante di velocità e dell’energia di attivazione di

reazioni chimiche. Cinetiche enzimatiche. b) Spettrofotometria UV-VIS: determinazione spettrofotometrica di costanti di equilibrio (indicatori,

complessi a trasferimento di carica); spettri elettronici di coloranti organici. c) Fotochimica: rendimenti quantici di reazioni fotochimiche; spegnimenti di fluorescenza. d) Applicazioni di metodi di calcolo quantomeccanico per la determinazione di grandezze chimicofisiche. Testi consigliati: P. W. ATKINS, Physical Chemistry, 4a ediz. (inglese), Oxford University Press (1990); W. J. MOORE, Chimica Fisica, 4a ediz., Piccin, Padova, 1979; - oppure la traduzione italiana di Basic Physical Chemistry (1983) (Piccin, 1990); G. K. VEMULAPALLI, Chimica Fisica (1993), traduzione italiana, Ed. EdiSes, Napoli 1995; Completati da appunti di lezione. CHIMICA ORGANICA 2 12CFU MODULO: CHIMICA ORGANICA 2 6CFU Prof. Ferdinando Pizzo Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855546 e-mail: ferdinando.pizzo@unipg.it

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Programma Introduzione Rivisitazione dei concetti chimici di base: acidità e basicità di Bronsted e di Lewis. La teoria HSAB. Basicità e nucleofilicità; elettrofilicità ed acidità. Il concetto di aromaticità e antiaromaticità Stereochimica organica Rappresentazione prospettica e bidimensionale di una struttura molecolare: rappresentazione a cavalletto, zig-zag, flyin wedge, di Howart dei carboidrati. Proiezione di Fischer e di Newman. Conformazioni di alcani aciclici come: etano propano e butano. Conformazioni del ciclo pentano e del cicloesano e dei corrispondenti derivati mono e bisostituiti. Stereoisomerismo configurazionale e conformazionale. La simmetria molecolare: elementi di simmetria e operazioni di simmetria. Asse di simmetria (Cn) e rotazione, piano di simmetria e riflessione; centro di simmetria e inversione asse di roto-riflessione (Sn) e roto- riflessione. Chiralità ed attività ottica. Chiralità centrale, assiale, planare ed elicoidale Definizione degli stero descrittori R, S; D,L; P, M; E, Z; d, l; Re, Si; Sin, Anti; Eritro, Treo. Ossido-riduzioni I metalli di transizione come ossidanti delle funzionalità organiche . Ossidazioni tramite il dimetil solfossido e il reagente di Dess-Martin e perossidi. Catalisi omogenea ed eterogenea nella reazione di addizione di idrogeno al doppio legame carbonio-carbonio. Reazioni di addizione di idrogeno alla funzionalità carbonilica, carbossilica e suoi derivati, al gruppo nitro e ciano. Reattività e selettività nelle riduzioni tramite gli idruri. Il ruolo della chelazione. Riduzioni tramite il trasferimento di atomi di idrogeno. I metalli come agenti riducenti di chetoni, enoni, composti aromatici e alchini Ammine. Nomenclatura, caratteristiche strutturali e proprietà fisiche. Preparazione e reazioni delle ammine. Immine, Enammine, Idrazine, Idrazoni, Fenilidrazoni, Idrossilammine e Ossime. Preparazione e loro impiego in chimica organica. Composti eterociclici. Nomenclatura, preparazione e reattività Composti eterociclici monociclici alifatici tri-eptatomici con uno o due eteroatomi. Composti eterociclici monociclici aromatici in cui sono presenti uno o due eteroatomi. Tautomeria nelle idrossipiridine, piridoni e amminopiridine. Acidi piridincarbossilici. Chinoline e isochinoline. Tautomeria negli idrossipirroli, pirrolidoni. Indoli, benzofurani e benzotiofeni. Carboidrati. Caratteristiche strutturali, classificazione e nomenclatura. Reazioni specifiche dei carboidrati. Aldosi della seria D. La struttura del glucosio: dimostrazione di Fischer. Struttura del (-)-ribosio, (-)-arabinosio, (+)-xilosio, (-)-eritrosio, (+)-galattosio e (-)-fruttosio. Il fenomeno della mutarotazione. I glucosidi. Disaccaridi e polisaccaridi. Caratteristiche strutturali del maltosio, cellobiosio, lattosio e saccarosio. Polisaccaridi: amido, amilosio e amilopectina, differenze strutturali e funzioni biologiche. La cellulosa e. polimeri semisintetici Amminoacidi. Caratteristiche strutturali e classificazione degli amminoacidi. Il punto isoelettrico di un amminoacido e sua determinazione. Polipeptidi, determinazione strutturale. Proteine: analisi della struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine: proteine fibrose e proteine globulari. Testi consigliati: E. L. Eliel, S. H.Wilen, M. P. Doyle – Basic Organic Stereochemistry - Wiley, 2001. P. Y. Bruice – Chimica Organica – Edi. SES, 2005. W. H. Brown, C. S. Foote, B. L. Iverson, E. V. Anslyn – Chimica Organica – Edi. SES, 2010. MODULO: LABORATORIO CHIMICA ORGANICA 2 6CFU Prof. Oriana Piermatti Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855559 e-mail: oriana.piermatti@unipg.it Programma PARTE TEORICA Identificazione spettroscopica delle strutture di composti organici:

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Spettroscopia Infrarosso (IR). Introduzione. Molecola biatomica come un oscillatore armonico. Equazioni fondamentali. Comportamento anarmonico. Significato fisico della costante di forza. Assorbimento della radiazione infrarossa. Molecole poliatomiche. Gradi di libertà vibrazionali. Bande principali di stiramento e di deformazione. Bande secondarie di sovratono e di accoppiamento. L’approssimazione di gruppo. Spettro IR: aspetti pratici relativi alla modalità di registrazione e di preparazione del campione. Rassegna delle frequenze caratteristiche e diagnostiche per l’individuazione dei principali gruppi funzionali. Esame degli spettri IR di: alcani, alcheni, dieni, alchini, composti aromatici, alcoli, fenoli, eteri, chetoni, aldeidi, acidi carbossilici e derivati acilici, nitrili ed ammine. Studio dell’effetto induttivo e mesomerico, studio dell’effetto delle dimensioni di anello in composti ciclici, studio dell’effetto del solvente e del legame ad idrogeno inter- e intra-molecolare sulle bande di assorbimento dei vari gruppi funzionali. Esempi di interpretazione di spettri IR di molecole organiche di media complessità strutturale. Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare Protonica (1H NMR). Introduzione. Proprietà magnetiche dei nuclei. Principio fisico della risonanza magnetica. Cenni sulla strumentazione. Lo spostamento chimico e la costante di schermo. Studio degli effetti induttivo, anisotropico, sterico, del solvente e del legame ad idrogeno sullo spostamento chimico. Accoppiamento spin-spin. Sprettri del primo ordine. Sistemi di spin del tipo: AXn , AmXn e AMX. Spettri di non primo ordine. Sistemi di spin AB, e ABX. Equivalenza chimica e magnetica. Semplificazione di spettri complessi. Uso del deuterio. La costante di accoppiamento: geminale, vicinale e a lunga distanza. Fattori che influenzano la costante di accoppiamento. Esempi di interpretazione di spettri 1H NMR di molecole organiche di media complessità strutturale. PARTE SPERIMENTALE Vengono eseguite 7-8 esperienze pratiche, riguardanti la preparazione di composti organici in uno o più passaggi sintetici; successiva purificazione e caratterizzazione chimico-fisica e spettroscopica mediante le tecniche sopra citate. Testi consigliati: A.I. Vogel, Chimica Organica Pratica, Editrice Ambrosiana; Robert M. Silverstein, Francis X. Webster, “Identificazione spettroscopica di composti organic” Casa Editrice Ambrosiana 1999. File PDF del corso reperibili presso il docente. CHIMICA BIOLOGICA 6CFU Dr. Brunella Tancini Dip. Medicina Sperimentale - Tel. 075-5857439 e-mail: brunella.tancini@unipg.it Corso mutuato dal CdL in Biochimica - Biochimica Programma Aminoacidi. Struttura e funzione delle proteine; proteine fibrose e globulari. Emoglobina e mioglobina. Enzimi: principi generali della catalisi enzimatica; cinetica enzimatica; meccanismi di inibizione e regolazione dell'attività enzimatica. Lipidi di riserva e strutturali. Costituenti molecolari e architettura sovramolecolare delle membrane biologiche. Introduzione al metabolismo. Principi di bioenergetica. Ossidoriduzioni biologiche: coenzimi redox. Composti ad alto contenuto energetico. Glicolisi. Beta-ossidazione degli acidi grassi. Ciclo degli acidi tricarbossilici. Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa. Gluconeogenesi; sintesi e degradazione del glicogeno. Biosintesi degli acidi grassi. Metabolismo degli amminoacidi: aminoacidi glucogenici e chetogenici; deaminazione degli aminoacidi. Ciclo dell'urea. Struttura e funzione degli acidi nucleici. Testi consigliati Nelson, M.M.Cox, Principi di Biochimica di Lehninger, Ed. Zanichelli D. VOET, J.G. VOET, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, E.. ZANICHELLI

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INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI - III° ANNO - II° semestre CHIMICA DELLO STATO SOLIDO 6CFU Prof. Mario Casciola Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 078-5855567 e-mail: mario.casciola@unipg.it Programma Definizione di cristallo, cella elementare, unità asimmetrica, reticolo cristallino; tipi di reticoli cristallini; indici di Miller. Strutture compatte cubiche ed esagonali; densità di impacchettamento, siti interstiziali ottaedrici e tetraedrici. Dimensioni di atomi e ioni; determinazione dei raggi ionici mediante le mappe di densità elettronica. Criteri di Pauling per la previsione della struttura di un solido ionico sulla base del rapporto fra i raggi dell’anione e del catione. Caratteristiche dei solidi ionici; regola di Pauling per l’elettroneutralità locale. Calcolo dell’energia reticolare da dati termodinamici e sulla base del modello di solido ionico ideale. Definizione di difetto. Classificazione dei difetti: difetti intrinseci ed estrinseci; difetti di punto, linea e piano. Difetti di punto nei solidi ionici: carica dei difetti, difetti di Frenkel e di Schottky. Elementi di termodinamica dei difetti: potenziale chimico dei difetti. Trattazione termodinamica del difetto di Frenkel. Influenza di impurezze eterovalenti sulla concentrazione dei difetti di Frenkel e Shottky. Centri di colore negli alogenuri alcalini. Conducibilità ionica secondo la teoria del “random walk”. Relazione fra struttura e concentrazione dello ione carrier. Conducibilità di AgCl e NaCl in funzione della concentrazione di impurazze bivalenti. Conducibilità di NaCl in funzione della temperatura. Caratteristiche generali degli elettroliti solidi e loro applicazioni. Esempi di elettroliti solidi. α-AgI: struttura e siti reticolari, confronto fra α-AgI, AgCl e NaCl. Elettroliti solidi conduttori di ioni sodio e loro impiego nelle batterie Na/S. NASICON: struttura e conducibilità in funzione del rapporto SiO4/PO4. ß-Allumine: struttura, siti reticolari e meccanismo di trasporto. Conversione dell’energia della reazione di combustione: confronto fra motore termico e cella a combustibile; celle a combustibile basate sui conduttori protonici. Trasporto protonico: meccanismo veicolare e di tipo Grotthuss. Conduttori protonici costituiti da ossidi perovskitici. Polimeri conduttori protonici polialifatici e poliaromatici; requisiti per il loro impiego in cella a combustibile. Proprietà morfologiche e di trasporto protonico dei polimeri alifatici perfluorurati (Nafion). Struttura dell’interfaccia elettrodo – conduttore protonico nella cella a combustibile. Proprietà chimico-fisiche e strutturali dei metalli. Teoria del gas di elettroni: modello di Drude –Lorentz per la conducibilità dei metalli. Teoria dell’elettrone libero (Sommerfeld): densità degli stati e densità degli stati occupati in funzione della temperatura; energia di Fermi e livello di Fermi. Conducibilità e capacità termica dei metalli secondo la teoria dell’elettrone libero. Interazione elettrone – reticolo: superfici e zone di Brillouin, bande di energia, funzioni di Bloch. Densità degli stati in una banda. Descrizione qualitativa della struttura a bande per Na, Mg, Al e C(diamante). Struttura a bande e proprietà di trasporto elettrico: conduttori, semiconduttori, isolanti. Semiconduttori intrinseci ed estrinseci; semiconduttori di tipo p ed n. Relazione fra la concentrazione degli elettroni liberi e delle lacune e condizione di elettroneutralità per semiconduttori di tipo p ed n. Dipendenza della conducibilità dalla temperatura per un semiconduttore di tipo p o n. Proprietà ed applicazioni della giunzione p-n. Testi consigliati: A.R. West, Solid State Chemistry and its applications, John Wiley & Sons. Vari testi di consultazione sono a disposizione degli studenti presso il gruppo Stato Solido del Dipartimento di Chimica.

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CHIMICA VERDE 6CFU Prof. Luigi Vaccaro Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855541 e-mail: luigi.vaccaro@unipg.it Programma: - I principi della Chimica Verde. - Misura dell’efficienza di un processo chimico; riduzione dei materiali di scarto; il concetto di efficienza atomica. - Come implementare i principi della green chemistry nella pratica comune. - Materiali di partenza sicuri per realizzare processi chimici verdi. - Risorse rinnovabili. - Biodiesel; bioetanolo. - Mezzi di reazione sicuri per processi chimici; alternative al solvente organico; quando un mezzo di reazione e’ verde? - Liquidi supercritici; CO2 liquida per la pulitura a secco. - Liquidi Ionici. - L’acqua come mezzo di reazione. - Reazioni in assenza di solvente. - La necessità di minimizzare il costo energetico di un processo chimico. - La necessità di rendere “verdi” i prodotti di scarto. - Tecnologie innovative: processi in flusso continuo. - Benefici dell'intensificazione di processo e delle tecnologie di flusso. - Convertire la chimica in "batch" in quella in flusso continuo. - Esempi reali dell’applicazione dei principi della chimica verde nell’ambito della ricerca accademica e dei processi industriali. - Sintesi del Sildenafil (Viagra®, Pfizer). - Sintesi del Ganciclovir (Cytovene®, Roche, Green Chemistry Award 2000). - Sintesi della Sertraline (Zoloft®, Pfizer, Green Chemistry Award 2002). Testi consigliati: Consultare il docente. FONDAMENTI DI CHIMICA QUANTISTICA 6CFU Prof. Francesco Tarantelli Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855531 e-mail: francesco.tarantelli@unipg.it Programma: Introduzione alla meccanica quantistica. Distribuzioni di probabilità delle osservabili. Distribuzioni discrete e continue. Funzione delta. La funzione d'onda e il suo significato. Valori medi delle grandezze ed operatori quantistici. Proprietà degli operatori. Operatori hermitiani. Funzioni di base. Funzioni d'onda e vettori. Matrici di rappresentazione degli operatori. Equazione di autovalore e suo significato. Spettro discreto e proprietà delle autofunzioni. Principio variazionale. Equazione di autovalore matriciale. Osservabili commutative e non commutative. Il processo di misura quantistico. Cenni sulla equazione di Schroedinger e l'evoluzione temporale degli stati. Stati stazionari. L'approssimazione di Born-Oppenheimer e il problema elettronico. Principio di antisimmetria. Cenni sullo spin. La struttura elettronica di atomi e molecole. Il modello orbitalico. Determinante di Slater. Interazione coulombiana e di scambio. L'operatore di Fock e l'equazione di Hartree-Fock. Visualizzazione ed interpretazione degli orbitali.

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Energie orbitaliche e loro significato. Orbitali occupati e virtuali. Orbitali atomici e sets di base. Aspetti computazionali del metodo HF. Superfici di energia elettronica e ottimizzazione di geometria. Matrice hessiana e caratterizzazione dei punti stazionari. Stati di transizione e calcolo di profili di reazioni chimiche. I limiti del modello orbitalico. Correlazione elettronica. Cenni al modello dell'interazione di configurazione. Densità elettronica ed introduzione alla teoria del funzionale della densità. Il teorema di Hoenberg e Kohn. L'equazione di Kohn-Sham. Cenni sui potenziali di scambio-correlazione. Testi consigliati: Materiale messo a disposizione dal docente PROCESSI DI SUPERFICIE 6CFU Prof. Marco Paolantoni Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855580 e-mail: marco.paolantoni@unipg.it Programma: Interazioni intermolecolari. Forze di van der Waals e potenziali repulsivi. Il potenziale di Lennard-Jones. Correlazione tra interazioni intermolecolari e proprietà macroscopiche. Struttura dei liquidi e funzione di distribuzione radiale. Simulazioni di dinamica molecolare e metodo Monte Carlo. Legame a idrogeno. Spettroscopie vibrazionali e legame a idrogeno. Interazioni idrofiliche ed idrofobiche. Termodinamica delle superfici: tensione superficiale ed interfacciale. Energia, entropia ed energia libera specifica della fase superficiale. Superficie di Gibbs e concentrazione superficiale eccesso. Equazione di Laplace-Young. Bagnabilità, angolo di contatto ed equazione di Young. Innalzamento capillare. Tensione di vapore ed equazione di Kelvin. Isoterma di adsorbimento di Gibbs. Termodinamica dei processi di auto-associazione. Colloidi, sistemi micellari e membrane biologiche. Adsorbimento di gas su superfici solide. Saranno inoltre introdotte alcune tecniche sperimentali utilizzate per lo studio dei sistemi presi in esame. Testi consigliati G. K. VEMULAPALLI, Chimica Fisica, traduzione italiana, EdiSes, Napoli, 1995. P. ATKINS, J. DE PAULA, Chimica Fisica, quarta edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2004. J. N. ISRAELACHVILI, Intermolecular and Surface Forces, third edition, Academic Press, Amsterdam, 2011. PROGETTAZIONE MOLECOLARE 6CFU Prof. Gabriele Cruciani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855629 e-mail: gabriele.cruciani@unipg.it Programma: Rappresentazione al computer di strutture molecolari (modelli molecolari). Principi di Meccanica Molecolare. Anatomia di un force field di meccanica molecolare. Minimizzazione energetica. Utilizzo di GRID per descrivere molecole organiche. Le proteine e la cristallizzazione. Utilizzo di GRID per descrivere macromolecole. Descrittori molecolari per molecole organiche. Descrittori molecolari 3D: il metodo VolSurf. Applicazioni del metodo VolSurf per la stima di proprietà di molecole organiche. Il concetto di farmacoforo. Il metodo FLAP per la descrizione di molecole organiche. Il metodo FLAP per la descrizione di macromolecole. Lezioni al computer sui temi: costruzione molecolare, minimizzazione energetica, metodo montecarlo e analisi conformazionale. Rappresentazione di strutture chimiche mediante files SDF e Mol2. Banche dati (3D) sperimentali; files PDB. Il problema della conformazione: ricerca sistematica e ricerca random con metodo montecarlo. Metodi di statistica multivariata per la progettazione molecolare (richiami di PCA, PLS e disegno

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sperimentale). Parametri importanti nella progettazione molecolare: pKa. Metodi di calcolo del pKa. Il metodo Moka. Parametri importanti nella progettazione molecolare: log P. Metodi di calcolo del LogP. Metodo di Rekker per il calcolo del LogP. Banche dati di building blocks. Utilizzo di metodi computazionali nella progettazione della sintesi. High Throughput Screening per la ricerca di composti biologicamente attivi. Metodi di ricerca virtuale (Virtual screening) per la ricerca di composti biologicamente attivi. Lezioni al computer applicando i programmi Sybyl, GRID, Moka, Volsurf e Flap. Testi consigliati: Dispense fornite dal docente SPETTROCHIMICA 6CFU Prof. Fausto Ortica Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855576 e-mail: fausto.ortica@unipg.it Programma - Lo spettro della radiazione elettromagnetica. Caratteri generali della spettroscopia. - Spettroscopie vibrazionale ed elettronica, colorimetria. Spettrometria Raman. Risonanza magnetica nucleare e risonanza di spin elettronico. - Strumentazione per misure spettrometriche (sorgenti, rivelatori, monocromatori) nei vari domini temporali e di frequenza e nei vari stati di aggregazione (gas, liquidi, matrici solide). - Applicazioni strutturali ed analitiche delle tecniche spettrometriche più diffuse. - Esercitazioni dimostrative di spettrometria infrarossa e Raman, colorimetria, spettrofotometria UV-vis, fluorimetria. N.B.: questo corso è inteso a fornire allo studente le conoscenze di base della spettroscopia utili per un primo approccio all’uso delle tecniche più diffuse e alle loro principali applicazioni in indagini analitiche e strutturali. Verranno descritti numerosi esempi che illustrino le potenzialità delle tecniche spettrometriche nella risoluzione di problematiche di attualità, in particolare nei settori della scienza dei materiali, dell’ambiente, dei beni culturali, ecc. Testi consigliati: Consultare il docente

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LAUREA MAGISTRALELAUREA MAGISTRALELAUREA MAGISTRALELAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE CHI IN SCIENZE CHI IN SCIENZE CHI IN SCIENZE CHIMICHEMICHEMICHEMICHE

INSEGNAMENTI I° ANNO - I° semestre SCIENZE MOLECOLARI APPLICATE 9CFU Prof. Fernando Pirani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075 585 5528 e-mail: fernando.pirani@unipg.it Programma Discussione generale sulle proprietà statiche e dinamiche della materia di interesse chimico ed effetto delle medie statistiche. Proprietà dei gas reali e loro importanza applicativa: equazioni di stato e coefficienti del viriale; principio degli stati corrispondenti; transizione liquido-vapore; effetto Joule-Thomson e temperatura di inversione; liquefazione dei gas e criogenia; alcuni casi di grande interesse. Importanza ed applicazioni della Teoria Cinetica dei gas: velocità di collisione con una superficie; frequenza di collisione a due corpi e cammino libero medio; costante di velocità di reazione bimolecolare; legge di Lambert –Beer; fenomeni di trasporto nei gas puri ed in miscele ; conducibilità elettrica e mobilità di ioni nei gas; conducibilità termica ; diffusione; viscosità. Teorema del viriale e funzioni di distribuzione radiale: applicazioni allo studio macroscopico e microscopico dei gas. Influenza delle forze intermolecolari sulle proprietà della materia: natura delle forze intermolecolari e processi chimici elementari direttamente condizionati; componenti principali; natura dei legami non covalenti e ruolo della polarizzabilità atomica e molecolare; metodi ab initio, semiempirici ed empirici e loro uso nelle simulazioni di dinamica molecolare; estensione dei metodi semiempirici ed empirici a sistemi complessi; relazione tra struttura molecolare e temperatura di fusione e di ebollizione; struttura e stabilità dei solidi e dei liquidi e funzioni di distribuzione radiale; sistemi con interazioni speciali. Proprietà dell’acqua: legame idrogeno normale ed anomalo; modelli per descrivere l’acqua; effetto idrofobico ed idrofilico; importanza dei clatrati per immagazzinare e restituire gas intrappolati. Sistemi gas-superficie: adsorbimento chimico ed adsorbimento fisico; caratteristiche fondamentali del fisisorbimento e sua importanza per l’intrappolamento di gas su superficie; competizione tra adsorbimento e desorbimento. Applicazioni dei fenomeni di trasporto: misuratori di pressione nei gas; conduttanza di tubazioni in vari regimi di flusso; numero di Reynolds. Conduttanza di capillari; effusione e diffusione gassosa e fenomeni di arricchimento. I vari argomenti sono integrati con esempi illustrativi. Testi consigliati Consultare il docente SISTEMI NANOSTRUTTURATI 9CFU Prof.ssa Loredana Latterini Dip. Chimica - Tel. 075-5855636/5855609 e-mail: loredana.latterini@unipg.it Programma - Introduzione ai materiali nanostrutturati, relazione tra dimensionalità e proprietà chimiche e fisiche.

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- Definizione di nanoparticelle come materiali zero-dimensionati; materiali zero-dimensionati in sospensioni colloidali. - Sintesi di nanoparticelle mediante metodi chimici. Termodinamica del processo di nucleazione in soluzioni omogenee e del processo di crescita. Fattori che influenzano la cinetica di crescita di nuclei stabili. - Sintesi di nanoparticelle colloidali; procedure basate sul controllo dell’equilibrio termodinamico del processo di nucleazione dei precursori e crescita di nanoparticelle; metodi basati sul controllo cinetico della crescita in ambienti confinati; terminazione del processo di crescita. - Sintesi di nanoparticelle metalliche, nanoparticelle di semiconduttori; nanoparticelle di ossidi di semiconduttori; nanoparticelle organiche; nanomateriali ibridi. - Metodi di caratterizzazione morfologica e dimensionale; microscopia elettronica: interazioni di un fascio di elettroni con la materia nano e/o micro-strutturata; metodi di rivelazione degli elettroni per la costruzione di immagini; microscopia elettronica a scansione; microscopia elettronica a trasmissione; analisi elementare e strutturale. Microscopie a scansione con sonda: principi di funzionamento basato su circuito di feedback e concetto di ingrandimento digitale; tipologie di sonde e misurazione delle interazioni sonda-campione; microscopia a scansione di tunneling; microscopia a forza atomica; - Proprietà elettroniche di nanomateriali in relazione alle dimensioni. Struttura dei livelli elettronici trattata mediante modelli pseudo-atomici; fenomeni di confinamento quantico dell’elettrone; fenomeni collettivi; modi plasmonici descritti mediante teoria di Mie; condizioni di risonanza plasmonica. - Metodi di caratterizzazione delle proprietà elettroniche ed ottiche di materiali nanostrutturati; metodi stazionari e pulsati di bulk; metodi di singlola particella. - Metodi di manipolazione chimica della superficie di nanoparticelle; procedure di passivazione o funzionalizzazione superficiale. - Metodi di caratterizzazione superficiale; misure di potenziale Z. - Applicazioni di materiali nanostrutturati in campo bio-medico e dei materiali polifunzionali. Testi consigliati: Consultare il docente MECCANISMI DELLE REAZIONI ORGANICHE 9CFU Prof. Tiziana Del Giacco Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855559 e-mail: tiziana.delgiacco@unipg.it Programma: Elementi di cinetica: riepilogo delle principali equazioni cinetiche; tipologia di reazioni; approssimazione dello stato stazionario; interpretazione meccanicistica dell’espressione di velocità; parametri di attivazione. Intermedi di reazione e loro studio: principali tipi di intermedi; isolamento, cattura ed individuazione di intermedi di reazione. Uso di isotopi: uso non cinetico di isotopi; effetti isotopici cinetici primari e secondari del deuterio; effetti isotopici cinetici con elementi pesanti. Correlazioni lineari di energia libera: equazione di Hammett, equazione a due parametri. Catalisi acido-base: catalisi acida e basica, generale e specifica. Metodi sperimentali per la misura della velocità: monitoraggio del decorso cinetico; metodi strumentali di analisi. Studio del meccanismo delle principali classi di reazioni. Alcuni esempi applicativi. Testi consigliati: P. Sykes, Introduzione ai Meccanismi della Chimica Organica, Zanichelli, 1997. E. Baciocchi, G, Marino, Chimica Organica, Reattività e struttura, USES, 1982.

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G. Molteni Elementi di Chimica organica fisica, Aracne, 2009. Dispense a cura del docente. ESPERIENZE PROFESSIONALI 4CFU Prof. Francesco Tarantelli Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855531 e-mail: francesco.tarantelli@unipg.it Programma Il corso prevede una serie di conferenze tenute da operatori chimici del mondo produttivo e del mondo dei servizi pubblici, con l’intento di offrire un panorama variegato delle opportunità di lavoro alle quali possono aspirare i laureati magistrali in scienze chimiche. Curriculum Chimica Fisica INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre CHIMICA FISICA AVANZATA 13CFU MODULO: DINAMICA IN PROCESSI FLUIDI 6CFU Prof.ssa Assunta Morresi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855589 e-mail: assunta.morresi@unipg.it Programma Parte teorica Trasformate di Fourier: introduzione teorica, teoremi fondamentali, proprietà nel dominio dei tempi e delle frequenze. Trasformate continue e discrete. Scattering di luce e fluttuazioni: funzioni di correlazione dipendenti dal tempo. Densità spettrale. Teoria di base dello scattering di luce: risultati dalla teoria elettromagnetica e approccio molecolare. Gradi di libertà traslazionali, vibrazionali e rotazionali: approccio mediante esperimenti di scattering di luce. Fluttuazioni di densità. Diffusione rotazionale di molecole lineari e anisotrope. modello Stokes-Einstein-Debye. Macromolecole in soluzione. Trattazione classica e quantistica per l’analisi delle proprietà del tensore di polarizzabilità molecolare. Teoria dello scattering Raman e Rayleigh depolarizzato. Rilassamento vibrazionale. Rilassamento di popolazione e di fase. Modello stocastico di defasamento. Scattering di luce da modi idrodinamici: lo spettro Brillouin di un fluido monoatomico. Modelli dinamici di transizioni vetrose. Parte Sperimentale Spettroscopia Infrarossa a Trasformata di Fourier. Interferometri. Algoritmo della Fast Fourier Transform. Campionamento nell’IR e nel Raman. MicroRaman. Esperimento di scattering di luce e geometrie. Applicazione dei modelli rotazionali in piccole molecole allo stato liquido. Calcolo delle funzioni di correlazione e dei parametri dinamici ottenuti da esperimenti di assorbimento IR e scattering di luce: momenti secondi, tempi di correlazione e di rilassamento vibrazionali e orientazionali, volumi idrodinamici. Testi consigliati: Consultare il docente.

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MODULO: INDAGINI DI SISTEMI COMPLESSI 7CFU Prof. Pier Luigi Gentili Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855576 e-mail: pierluigi.gentili@unipg.it Programma: Entropia e freccia del tempo. Termodinamica di non-equilibrio. Flussi e forze. Regime lineare e non-lineare. Produzione di entropia e criteri di evoluzione di sistemi fuori dall’equilibrio. Stati stazionari stabili, instabili ed oscillanti. Reazioni chimiche oscillanti, onde chimiche. Regime non-lineare: Complessità e Caos. Proprietà dei sistemi Complessi. Proprietà del Caos: geometria frattalica. Convezione. Ruolo della radiazione solare nei confronti della vita sul pianeta terra: aspetti termodinamici relativi allo sfruttamento della radiazione solare. Si effettueranno 4 esperienze di laboratorio riguardanti le tematiche svolte nella parte teorica del corso. Testi consigliati: Consultare il docente. SPETTROSCOPIA MOLECOLARE 8CFU Prof.ssa Paola Sassi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855585 e-mail: paola.sassi@unipg.it Programma: 1. Introduzione alla spettroscopia molecolare. Descrizione delle proprietà elettriche della materia. Equazione di Schröedinger e approssimazione di Born-Oppenheimer. I gradi di libertà molecolari. Descrizione classica della radiazione elettromagnetica. Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Coefficienti di Einstein. Ampiezza naturale di banda. La legge di Lambert-Beer. 2. Requisiti generali della strumentazione Le sorgenti e i detectors. I monocromatori. Gli interferometri Fabry-Perot e Michelson 3. La spettroscopia rotazionale di molecole biatomiche Il rotatore rigido: trattazione classica e quantomeccanica (cenni). Livelli energetici, popolazione dei livelli, regole di selezione e spettri rotazionali. Effetto Stark. Il rotatore non rigido. 4. La spettroscopia Raman rotazionale Diffusione Rayleigh e diffusione Raman. Interpretazione dell'effetto Raman. Ellissoide di polarizzabilità. Regole di selezione nell'effetto Raman. Spettri Raman rotazionali di molecole biatomiche. Cenni sulla strumentazione. Livelli rotazionali e statistica nucleare. 5. La spettroscopia rotazionale di molecole poliatomiche Momenti principali di inerzia, ellissoide dei momenti e classificazione delle molecole in base ai loro momenti d'inerzia. Molecole lineari: regole di selezione e spettri rotazionali, determinazione di distanze di legame, effetto Stark. Spettri rotazionali di rotori prolati e oblati. Spettri Raman rotazionali di molecole top-simmetriche. Spettri di molecole asimmetriche. 6. La spettroscopia vibrazionale di molecole biatomiche L'oscillatore armonico: trattazione classica e quantomeccanica (cenni). Livelli energetici, regole di selezione e spettri vibrazionali. Funzioni di energia potenziale per un legame chimico. L'oscillatore non armonico. Energie di dissociazione. La spettroscopia Raman vibrazionale: teoria classica e quantistica. Geometrie di scattering e proprietà di polarizzazione. 7. La spettroscopia vibrazionale di molecole poliatomiche

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Gradi di libertà vibrazionali. La natura delle vibrazioni normali e delle coordinate normali. Trattazione quantomeccanica delle vibrazioni molecolari (cenni). Frequenze di gruppo. Cenni di teoria dei gruppi. Le proprietà di simmetria delle coordinate normali. Regole di selezione: l’attività infrarossa e Raman. Calcolo delle frequenze vibrazionali e delle coordinate normali di H2O. 8. Gli spettri vibrorotazionali Regole di selezione e transizioni per il modello Rotatore rigido-oscillatore armonico. Accoppiamento di rotazioni e vibrazioni. Bande parallele e perpendicolari di molecole lineari e symmetric top. 9. Gli spettri elettronici di molecole biatomiche Classificazione degli stati elettronici di una molecola. Regole di selezione. Analisi vibrazionale di un sistema di bande. Sequenze e progressioni. Tavola di Deslandres e sua utilizzazione per derivare costanti molecolari. Struttura rotazionale delle bande in uno spettro elettronico (parabole di Fortrat). Valutazione delle energie di dissociazione. 10. La spettroscopia Raman risonante Teoria di Kramers-Heisemberg-Dirac dell’effetto Raman. Intensificazione per risonanza. Fattori di disturbo allo scattering risonante. Risonanza Franck-Condon e fenomeni di accoppiamento vibronico. Profili di eccitazione RR. Testi consigliati: J. M. HOLLAS, High resolution Spectroscopy, Second Edition, John Wiley & Sons, 1998. J.L. McHALE, Molecular Spectroscopy, First edition, Prentice Hall, 1999. DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE 8CFU Prof. Piergiorgio Casavecchia Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075 585 5514 e-mail: piergiorgio.casavecchia@unipg.it webpage: http://www.chm.unipg.it/chimgen/mb/exp3/casavecchia.html Programma: 1. Che cosa è la dinamica di reazione? Dalla cinetica alla dinamica di reazione. Richiami di teoria cinetica dei gas: distribuzione delle velocità di Maxwell-Boltzman.Reazioni elementari e reazioni complesse. Dalle sezioni d’urto reattive alle costanti di velocità di reazione. 2. Superfici di energia potenziale Calcoli di superfici di energia potenziale. L’approssimazione di Born-Oppenheimer. Tipi di superfici di energia potenziale. Moto sulla superficie di energia potenziale. Superfici adiabatiche e non-adiabaticità nelle reazioni chimiche. 3. Collisioni molecolari Lo scattering come sonda della dinamica molecolare di reazione. “Full-collisions”: collisioni (bimolecolari) elastiche, inelastiche e reattive. “Half-collisions”: collisioni molecola-fotone (fotodissociazione). SCATTERING ELASTICO: Sezioni d’urto elastiche e Potenziali Intermolecolari isotropi. SCATTERING INELASTICO: Sezioni d’urto inelastiche e Potenziali Intermolecolari anisotropi. Processi di trasferimento di energia e anisotropia del potenziale. Cenni ad informazioni sui potenziali intermolecolari da proprietà macroscopiche della materia e da proprietà spettroscopiche. SCATTERING REATTIVO: Sezioni d’urto reattive e Dinamica di Reazione. Distribuzioni angolari e di velocità dei prodotti nel sistema del laboratorio e nel sistema del centro di massa. Distribuzioni di popolazione rotazionali e vibrazionali dei prodotti. Meccanismi di reazione: strappamento (“harpooning”), rimbalzo, e complesso a lunga vita. Stereodinamica delle reazioni chimiche. 4. Tecniche sperimentali Descrizione delle tecniche sperimentali usate nello studio della dinamica di reazione e di fotodissociazione ed esempi.

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TECNICHE SPETTROSCOPICHE risolte nel tempo (pump-probe) in flusso: Chemi-luminescenza infrarossa; metodi spettroscopici laser (Laser Induced Fluorescence - LIF, Resonant Enhanced Multi-Photon Ionization - REMPI, Infrared (IR) absorption). TECNICHE A FASCI MOLECOLARI INCROCIATI con rivelazione (a) “universale” a spettrometria di massa via ionizzazione con elettroni o fotoni VUV e analisi in tempo di volo, (b) spettroscopica (LIF, REMPI, assorbimento IR), (c) “Ion-imaging”, (d) “Hydrogen atom Rydberg tagging”. DINAMICA DI REAZIONE IN TEMPO REALE con tecniche spettroscopiche al femto-secondo (Femto-Chimica). 5. Calcoli di dinamica di reazione su superfici di energia potenziale Dalla superficie di energia potenziale alla dinamica di reazione. Calcoli di traiettorie quasiclassiche (QCT) e calcoli quantistici di dinamica di reazione su superfici di energia potenziale. Probabilità di reazione e sezioni d’urto integrali e differenziali. Correlazioni fra la topologia delle superfici di energia potenziale e la dinamica di reazione. Specificità nel rilascio e selettività nel consumo di energia nelle reazioni chimiche. Regole di Polanyi. Confronti esperimento-teoria (calcoli quantistici esatti e calcoli QCT su superfici di energia potenziale ab initio) per sistemi reattivi sia semplici che complessi (dalle reazioni H+H2 e F+H2 alle reazioni poliatomiche). Oltre l’approssimazione di Born-Oppenheimer: Effetti non-adiabatici nella dinamica di reazioni bimolecolari. Effetti tunnel e di risonanza nelle reazioni chimiche. 6. Dinamica delle reazioni di fotodissociazione Dallo spettro di assorbimento alla fotodissociazione di molecole con selezione di stato quantico. Chimica fotoselezionata: accesso alla regione dello stato di transizione. Tipi di processi di fotodissociazione. Identità dei prodotti e canali elettronici di foto-frammentazione. Scattering come sonda della dinamica molecolare di fotodissociazione: SPETTROSCOPIA DI FOTOFRAMMENTAZIONE. Sezioni d’urto di fotodissociazione. Distribuzioni vibrazionali e rotazionali dei prodotti. Distribuzioni angolari dei fotoframmenti e correlazioni vettoriali. Anisotropia delle distribuzioni angolari dei fotoframmenti e tempi di vita delle molecole eccitate. Fotodissociazione di singoli stati quantici. I vari livelli delle sezioni d’urto di fotodissociazione. Fotodissociazione in tempo reale con tecniche spettroscopiche al femtosecondo. Rilevanza dei processi di fotodissociazione nella chimica dell’atmosfera ed oltre. Esempi: La fotodissociazione dell’ossigeno molecolare, dell’ozono, dell’acqua, della formaldeide, dell’acetaldehyde, di composti aromatici, etc. 7. Ulteriori tecniche di indagine in dinamica di reazione e fotodissociazione Controllo vibrazionale delle reazioni chimiche: Reagenti selezionati in stato quantico e chimica “bond-selective” e “state-specific”. Estensione alle reazioni in fase liquida. Investigazione diretta dello “stato di transizione” di una reazione con tecniche a fasci molecolari e spettroscopiche al femto-secondo (Femtochimica), e mediante spettroscopia di fotoelettroni di ioni negativi. 8. Dinamica di reazione gas-superficie solida, gas-superficie liquida e in fase liquida (cenni). 9. Esperienze di laboratorio. Durante il corso gli studenti avranno l’opportunità di prendere contatto fisico diretto, attraverso due esperienze di gruppo, con: (a) la tecnica dei fasci molecolari incrociati con rivelazione a spettrometria di massa a quadrupolo con ionizzazione a bombardamento di elettroni ed analisi in tempo di volo (dei reagenti e dei prodotti) per lo studio della dinamica di una reazione chimica. (b) la tecnica sperimentale LIF (Laser-Induced-Fluorescence) e REMPI (Resonance-Enhanced-Multi-Photon-Ionization) mediante laser pulsato tunabile a colorante per la caratterizzazione degli stati quantici interni (roto-vibrazionali) di una molecola o un radicale e degli stati spin-orbita di un atomo in fascio molecolare. Testi consigliati: 1. Tutorials in Molecular Reaction Dynamics, (ed. M. Brouard & C. Vallance), Royal Society of Chemistry Publishing (2010) 2. Molecular Reaction Dynamics, R. D. Levine, Cambridge University Press (2005). 3. Chemical Kinetics and Reaction Dynamics, P. Houston, McGraw-Hill (2001). 4. Photodissociation Dynamics, R. Schinke, Cambridge Monographs on Atomic, Molecular and Chemical Physics, Cambridge University Press (1993).

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Curriculum Chimica Inorganica INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre MECCANISMI E DINAMICA DELLE REAZIONI CHIMICHE 12CFU MODULO: FONDAMENTI TEORICI 6CFU Prof. Antonio Laganà Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855527 e-mail: antonio.lagana@unipg.it Programma - Dai sistemi complessi alle reazioni elementari - Reazioni elementari e modelli interpretative statistici - Collisioni bimolecolari e relativi parametri - Curve e superfici di energia potenziale - La reattività classica per potenziali modello - L’angolo di deflessione elastico per collisioni a due corpi su potenziali modello - La sezione d’urto differenziale e integrale - Relazioni fra sezioni d'urto e costanti di velocita'. - La crisi della meccanica classica - L’approccio quantistico e il limite semiclassico - I sistemi a più di due corpi e i sistemi di coordinate - Il moto dei nuclei su superfici di energia potenziale: - Meccanismi di reazione - I force field per sistemi complessi - La dinamica molecolare - Esempi di sistemi prototipo Testi consigliati Dispense del docente MODULO: ASPETTI SPERIMENTALI 6CFU Prof. Nadia Balucani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855507 e-mail: nadia.balucani@unipg.it Programma - Requisiti per lo studio sperimentale delle reazioni chimiche in condizioni di collisione singola - Tecniche del vuoto - Chemiluminescenza - Tecniche in flusso risolte nel tempo di tipo 'pump-probe' - Tecniche a fasci molecolari incrociati - Metodi di rivelazione: tecniche spettroscopiche e spettrometria di massa - Tecniche con impiego di laser al femtosecondo e di luce di sincrotrone - Studi mediante tecniche a fasci incrociati di alcuni sistemi prototipo di interesse in chimica dell'atmosfera, della combustione e degli spazi stellari - Studio in laboratorio di una reazione chimica elementare tramite la tecnica dei fasci molecolari incrociati

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Testi consigliati: Note a cura dei docenti. Per ulteriori approfondimenti si rimanda al testo "Molecular Reaction Dynamics" di R.D. Levine, Cambridge University Press CHIMICA QUANTISTICA MOLECOLARE 9CFU Prof. Francesco Tarantelli Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855531 e-mail: francesco.tarantelli@unipg.it Programma Approfondimenti di chimica quantistica. Teoria delle distribuzioni. Moto di pacchetti d'onde. Propagatori. Stati quasi-stazionari e risonanze. Algebra dei momenti angolari. Autofunzioni di spin e metodi per la loro determinazione. Teoria delle perturbazioni. Serie di Brillouin-Wigner e serie di Rayleigh-Schroedinger. Size-consistency. Analisi dei primi termini delle serie. Formulazione matriciale e caso quasi-degenere. Hamiltoniano effettivo. Teoria Moller-Plesset. Il formalismo della seconda quantizzazione. Operatori di creazione e distruzione e loro algebra. Operatori di campo. Trasformazione di orbitali e teorema di Thouless. Hartree-Fock in seconda quantizzazione e matrice hessiana dell’energia. Teorema di Brillouin. Stabilità della funzione d’onda HF. Il metodo RPA. Sviluppo in cluster della funzione d?onda e metodo Coupled-Cluster. Interazione di Configurazione. Full CI e troncamento. SDCI e MRCI. MSSCF, CASSCF e sue varianti. Aspetti computazionali. Introduzione ai metodi basati su funzioni di Green. Funzione di Green ad una particella. Rappresentazione spettrale. Lo spettro di ionizzazione. L’equazione di Dyson. Altre funzioni di Green per la spettroscopia molecolare. Introduzione alla teoria delle perturbazioni dipendente dal tempo. Sviluppo perturbativo dell’operatore di evoluzione temporale. Teoria della risposta lineare. Suscettività generalizzata e spettro di eccitazione. Time-dependent DFT. Esempi di perturbazione: perturbazione constante e perturbazione periodica. Testi consigliati: Materiale messo a disposizione dal docente. CHIMICA DEI MATERIALI INORGANICI 8CFU Prof. Mario Casciola Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 078-5855567 e-mail: mario.casciola@unipg.it Programma FORMAZIONE DI SOLIDI DA FASI LIQUIDE Definizione di materiale. Definizione di sol, di gel e di processo sol-gel. Xerogels e aerogels. Fattori che influenzano la stabilità di un sol: fattori sterici ed elettrostatici. Distribuzione della carica all’interfaccia particella-solvente; potenziale zeta. Coagulazione e peptizzazione. Reazioni sol-gel degli alcossi silani. Idrolisi e condensazione catalizzate da acidi e basi: fattori sterici e fattori induttivi. Caratteristiche dei gel di silice ottenuti in ambiente acido e basico. Invecchiamento ed essiccamento: super crytical drying. Chimica sol-gel per la sintesi degli ossidi metallici. Precursori inorganici: reazioni di olazione ed ossolazione. Precursori alcossidi: reattività in funzione delle dimensioni e dell’elettronegatività del metallo e del grado di oligomerizzazione dell’alcossido. Materiali ibridi inorgano-organici.

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Materiali ottenuti per intrappolamento di molecole organiche in un gel. Materiali ottenuti per funzionalizzazione di un gel con molecole organiche legate covalentemente. Polimeri ibridi inorgano-organici: formazione di reticoli inorganici attorno a una struttura organica preformata, formazione di reticoli inorgano-organici da precursori che hanno una funzionalità organica e una inorganica, formazione di polimeri ibridi a partire da una struttura inorganica preformata. Siliconi Unità strutturali; proprietà e tipi di siliconi; proprietà e natura dei gruppi funzionali. Processo Müller – Rochow per la preparazione dei siliconi. Vetri Definizione di vetro. Fattori che influenzano la formazione di un vetro: elettronegatività e tipo di legame, viscosità, fattori strutturali (regole di Zachariasen). Formazione di vetri e cristallizzazione: velocità di nucleazione e crescita dei cristalli in funzione della temperatura; curve TTT. Caratteristiche della silice vetrosa; vetri a base di silicati e di borati; vetri commerciali: pyrex e vycor; vetri a base di calcogeni; vetri ceramici; vetri metallici. Precipitazione Caratteristiche del precipitato in relazione alla velocità di formazione dei nuclei e alla velocità di crescita dei cristalli. Formazione di precipitati per idrolisi forzata e per decomposizione di complessi di ioni metallici. Precipitazione controllata a doppio getto. Processi solvotermici; sintesi idrotermali, crescita idrotermale di cristalli singoli. FORMAZIONE DI SOLIDI DA GAS Trasporto in fase vapore e sue applicazini nella purificazione dei metalli, nella separazione di sostanze e nella sintesi. Lampade alogene. Deposizione chimica da fase vapore (CVD). Definizione, generalità e usi. CVD per materiali multi-elemento. Velocità di crescita dei films. Reattori a pareti calde e fredde. CVD per la deposizione di alluminio e di silice. Tecniche di tipo CVD: plasma enhanced CVD, laser assisted CVD, atomic layer deposition. Processi non-CVD: deposizione fisica da fase vapore (PVD), molecular beam epitaxy. Processi aerosol. Generalità. Coversione gas-particella, morfologia delle particelle e degli aggregati, processo Aerosil. Coversione particella-particella, morfologia delle particelle. Tipi di reattori per il processo aerosol: fiamma, fornace, laser, plasma. Formazione di films mediante il processo aerosol. REATTIVITÀ DEI SOLIDI Reazioni solido-solido controllate dalla diffusione dei reagenti; reazioni solido-solido controllate dalla formazione dei nuclei. Processi di sinterizzazione. Reazioni di intercalazione. Intercalazione nei materiali a strati. Meccanismi di intercalazione e rigidità degli strati. Tipi di intercalazione: diretta, elettrointercalazione, intercalazione di polimeri, pillaring di composti a strati. Intercalazione diretta: basi di Lewis nel fosfato di zirconio, alogeni e metalli nella grafite, metalli alcalini nei disolfuri dei metalli di transizione. Elettrointercalazione: intercalazione – deintercalazione di Li nelle batterie al litio. Intercalazione di polimeri: intercalazione diretta del polimero preformato, intercalazione di monomeri e polimerizzazione in-situ, riaggregazione della specie ospitante esfoliata in una soluzione del polimero. Pillaring di composti a strati: intercalazione dello ione Keggin; composti pillared derivanti dalla funzionalizzazione degli strati del fosfato di zirconio; uso di composti pillared nella catalisi selettiva di forma. SILICATI Classificazione dei silicati: ortosilicati, sorosilicati, ciclosilicati, silicati a catena infinita (pirosseni e anfiboli), fillosilicati. Allumino silicati tridimensionali: feldspati e zeoliti.

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Zeoliti: gabbia sodalitica, caratteristiche strutturali, proprietà di scambio ionico e catalitiche in relazione al rapporto Si/Al; impiego delle zeoliti nella catalisi selettiva di forma. Fillosilicati: caratteristiche strutturali (strati di tipo OT e TOT, di-ottaedrici e tri-ottaedrici). Sostituzione isomorfa di Si(IV) con Al(III) nei siti tetraedrici e di Al(III) con Mg(II) nei siti ottaedrici. Argille: rigonfiamento ed esfoliazione. Argille anioniche. POLIMERI INORGANICI Polisilossani, polifosfazeni, polisilani: aspetti sintetici, proprietà e applicazioni. Testi consigliati A.R. West, “Solid State Chemistry and its applications”, J. Wiley U. Schubert, N. Hüsing, “Synthesis of Inorganic Materials”, Wiley-VCH Curriculum Chimica Organica INSEGNAMENTI I° ANNO - II° semestre CHIMICA ORGANICA 3 12CFU MODULO: SINTESI ORGANICA 6CFU Prof. Ferdinando Pizzo Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855546 e-mail: ferdinando.pizzo@unipg.it Programma: Stereochimica della reazione di addizione nucleofila al gruppo carbonilico Le regole di Cram, Karabatos, Felkin, Felkin Anh e Cornforh. Studio della stereo selettività nelle reazioni di addizione nucleofila dei chetoni ciclici. Gruppi Punto Classificazione dei composti chimici sulla base del gruppo punto di appartenenza. Gruppi punto in cui sono incluse molecole chirali C1, Cn e Dn. Gruppi Punto che includono molecole achirali: Cs (C1h) Sn, Cnv, Cnh, Dnd e Dnh. I gruppi punto dei solidi platonici: Tetraedrico (Td), Cubico (O) e Icosaedrico (Ih) . La simmetria mediata. La simmetria e le proprietà chimico fisiche dei composti organici. Ossido-riduzioni I metalli di transizione come ossidanti delle funzionalità organiche. Ossidazioni tramite il dimetil solfossido, il reagente di Dess-Martin e perossidi. Catalisi eterogenea nella reazione di addizione di idrogeno al doppio legame carbonio-carbonio, alla funzionalità carbonilica, carbossilica e suoi derivati, al gruppo nitro e ciano. Reattività e selettività nelle riduzioni delle principali funzionalità organiche tramite gli idruri del boro e dell’alluminio. Il ruolo della chelazione nel trasferimento di un idruro alla funzionalità carbonilica. Trasferimento di idruro dal silicio e dal carbonio. Riduzione di Meerwein-Pondorff-Verley. Riduzioni tramite il trasferimento di atomi di idrogeno. I metalli come agenti riducenti di chetoni, enoni, composti aromatici e alchini. Riduzione di Birch del benzene e dei suoi derivati. La reazione di addizione aldolica Controllo cinetico e termodinamico nella preparazione degli enolati di litio, boro, titanio, stagno e zirconio. Gli enolati come donatori nelle reazioni con i composti carbonilici. Il ruolo dei fattori sterici, elettronici e della chelazione nel controllo della stereoselettività semplice, facciale e pseudo semplice nell’addizione aldolica. L’addizione aldolica nella sintesi di molecole di interesse applicativo. Controllo della reattività e selettività nelle reazioni di addizione aldolo-like

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Reazioni di: Knoevenagel, Perkin, Peterson, Darzens, Michael, Robinson, Mannich e Wittig e Wittig correlate. Sintesi di molecole”target” tramite le reazioni aldolo-like. Le reazioni pericicle nella sintesi organica Le reazioni pericicliche nella sintesi di molecole organiche target. Il controllo della stereochimica nella preparazione di pirrolidine e piperidine di interesse tramite la reazione di Diels-Alder, le reazioni di cicloaddizione 1,3-dipolare e i riarrangiamenti sigmatropici di tipo [3.3] e [2.3]. Testo consigliato: F. Carey and R.Sundber Advanced Organic Chemisrty Springer 5th Edition MODULO: CATALISI IN CHIMICA ORGANICA 6CFU Prof. Oriana Piermatti Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855559 e-mail: oriana.piermatti@unipg.it Programma Aspetti fondamentali della catalisi: sostituzione della reazione stechiometrica con un ciclo catalitico. Sviluppo sostenibile, impatto ambientale. Aspetti cinetici della catalisi. Profilo di reazione e coordinata di reazione: pre-equilibrio, catalizzatore precursore e catalizzatore attivo. Concetti base in catalisi: interazione catalizzatore/substrato, deattivazione del catalizzatore, inibizione, avvelenamento. Numero di turnover (TOF) e frequenza di turnover (TOF). Catalisi omogenea con complessi metallici. Scambio dei ligandi, dissociazione e coordinazione. Catalisi omogenea senza metalli: acidi e basi di Brønsted, organocatalisi. Organocatalisi non covalente: legame idrogeno. Organocatalisi covalente: formazione di enammine. Uso dell’acqua come mezzo di reazione nella catalisi omogenea con complessi metallici e nell’organocatalisi. Catalisi asimmetrica omogenea. Applicazione alle principali classi di reazioni organiche: formazione del legame carbonio-carbonio (condensazione aldolica, Michael, Mannich, Diels-Alder), ossidazioni e riduzioni. Pro e contro della catalisi omogenea. Catalisi eterogenea: recupero e riciclo del catalizzatore. Il concetto di sito attivo. Modello di Langmuir-Hinshelwood per la catalisi eterogenea. I supporti solidi: organici, inorganici, materiali ibridi organici-inorganici. La scelta del supporto: area specifica superficiale, accessibilità del substrato, stabilità. Catalizzatori chirali supportati su matrici insolubili. Strategie per l’immobilizzazione del catalizzatore omogeneo: adsorbimento, incapsulamento, legame covalente, interazione elettrostatica, auto-assemblamento. Confronto dell’attività catalitica per alcuni dei ligandi chirali più comuni: catalizzatore omogeneo vs catalizzatore eterogeneo e nell’ambito dei catalizzatori eterogenei confronto tra i diversi tipi di supporto. Testi consigliati: Dispense del docente; Catalysis: concept and green applications; Gadi Rothenberg, Wiley WCH, 2008. RECOVERABLE AND RECYCLABLE CATALYSTS; MAURIZIO BENAGLIA, WILEY, 2009 INTERAZIONI DEBOLI IN CHIMICA ORGANICA 9CFU Prof. Raimondo Germani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie, Biologia e Biotecnologie- Tel. 075-585/5548 5538 e-mail: raimondo.germani@unipg.it Programma Le forze tra atomi e molecole: principi e concetti generali

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Aspetti generali delle forze intermolecolari. Interazioni implicanti molecole polari. Forze ione-dipolo, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo indotto, dipolo istantaneo-dipolo indotto. Interazioni speciali: legame ad idrogeno, interazioni idrofobiche ed idrofiliche. Interazioni electron pair donatore (EPD) ed electron pair accettore (EPA). Interazioni soluto solvente Classificazione dei liquidi in: molecolari, metallici, ionici. Introduzione sui liquidi ionici. Classificazione dei solventi sulla base delle proprietà chimico-fisiche: permettività relativa, pressione coesiva, pressione interna e fattore elettrostatico. Solventi livellanti e differenzianti rispetto le proprietà acido-base di Brønsted. Solventi EPD e EPA. Solventi polari e dipolari aprotici. Proprietà uniche dell'acqua. Scale della donicity (DN) e della acceptivity (AN). Parametri empirici della polarità del solvente: varie scale. Solvatazione e solvatazione selettiva. Ionizzazione e dissociazione. Coppie ioniche. Effetti solvente sulla posizione di equilibri chimici in fase omogenea Considerazioni generali. Effetti solvente sui vari equilibri tautomerici. Effetti solvente su equilibri cheto-enolici. Effetti solvente su equilibri acido-base di Brønsted e di Lewis. Effetti solvente su equilibri conformazionali. Effetti solvente su equilibri di isomerizzazione cis/trans e E/Z. Effetti solvente sulla velocità di reazioni chimiche in fase omogenea Considerazioni generali. Reattività in fase gassosa. Teoria qualitativa degli effetti solvente sulle velocità di reazione. Regole di Hughes-Ingold e loro limiti. Effetto solvente per reazioni con stato di transizione di tipo dipolare o isopolare. Teoria quantitativa degli effetti solvente sulle velocità di reazione: considerazioni generali ed applicazione a reazioni tra molecole neutre ed apolari, neutre e dipolari, neutre e ioni e tra ioni. Effetti di solvatazione specifica sulle velocità di reazione. Influenza della specifica solvatazione anionica sulla velocità di reazioni di tipo SN. Effetti di solventi protici e dipolari aprotici su reazioni di tipo SN e separazione degli effetti. Accelerazione delle reazioni base catalizzate in solventi dipolari aprotici. Influenza della solvatazione specifica di cationi sulla velocità di reazioni di tipo SN. Influenza del solvente sulla reattività di nucleofili bidendati. Effetto del solvente sul meccanismo e sulla stereochimica di alcune reazioni organiche. Effetto sale sulla cinetica di reazione. Interazioni deboli in sistemi nanostrutturati organici Introduzione generale. Classificazione delle nanostrutture. Approcci sintetici generali. Sistemi nanostrutturati auto organizzati Principi generali dell'autoaggregazione. Ordine e mobilità in sistemi supramolecolari. Aggregazione di molecole anfifiliche in: micelle, cristalli liquidi, idrogel, monostrati, doppi strati, vescicole e micelle inverse. Proprietà ed applicazioni. Effetti sulla reattività e selettività di processi chimici. Interazioni con biomolecole: enzimi e DNA. Sistemi supramolecolari assemblati covalentemente Molecole container e loro ospiti. Riconoscimento molecolare. Principi base. Complessi di inclusione. Sistemi supramolecolari “host-guest”: eteri corona, calissareni, sferandi, cavitandi. Strutture oligomeriche: ciclodestrine dendrimeri e nanotubi di carbonio. Strutture, proprietà ed applicazioni in campo chimico e medico dei vari sistemi. Durante le lezioni frontali vengono eseguiti degli esperimenti dimostrativi a supporto dei concetti introdotti nella lezione. Testi consigliati: C. Reichardt, Solvent and Solvent Effects in Organic Chemistry, VCH 3th Ed. 2003. J. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Academic Press Ed. 1992. J. W. Steed, J. L. Atwood, Supramolecular Chemistry, 2nd Ed. Wiley 2009. CHIMICA ORGANICA SUPERIORE 8CFU Prof. Renzo Ruzziconi

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Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855543 e-mail: renzo.ruzziconi@unipg.it Programma: 1. LA REATTIVITA’ CHIMICA Teoria deg1i orbita1i di frontiera. Richiami alla teoria MO, La teoria di Huckel. Orbitali di frontiera HOMO, LUMO e SOMO. Il concetto di coordinata di reazione. Teoria della perturbazione degli orbitali, l’equazione di Klopman e Salem. Concetti fondamentali sulla reattività chimica: basicità e nucleofilicità, acidità ed elettrofilicità, nucleofili ed elettrofili hard e soft nucleofili ed elettrofili bidentati; lo ione enolato. Processi a controllo cinetico e a controllo termodinamico, il postulato di Hammond, il principio di Curtin-Hammett, effetto α; effetti stereoelettronici. Reazioni pericic1iche termiche. Le regole di Woodward-Hoffmann. Cicloaddizioni 1,3-dipolari, reazioni chelotropicbe; riarrangiamenti sigmatropici: il riarrangiamento di Cope, il riarrangiamento 1,3-sigmatropico di Berson e il riarrangiamento di Claisen e loro applicazioni alla sintesi organica. Reazioni elettrocicliche. La reazione di Diels-Alder: reattività e selettività. Reazioni pericicliche fotochimiche. Le regole di Woodward-Hoffmann per le reazioni pericicliche fotochimiche. Cicloaddizioni fotochimiche, riarrangiamenti sigmatropici fotochimici, reazioni elettrocicliche fotochimiche. Reazioni radicaliche. Principi fondamentali delle reazioni radicaliche. Caratteristiche generali delle reazioni a catena. Meccanismi fondamentali delle reazioni radicaliche: reattività e selettività. Confronto fra reazione radicaliche e reazioni ioniche. 2. COMPOSTI ORGANOMETALLICI APPLICATI ALLA SINTESI ORGANICA Composti organometallici del I e II gruppo. Organometalli del litio, sodio, potassio, magnesio, zinco, mercurio e cadmio. Basicità e nucleofilicità dei composti organometallici al carbonio, all’azoto e all’ossigeno; caratteristiche strutturali, preparazione e reattività degli organometalli polari. Reazioni di scambio idrogeno/metallo, alogeno/metallo e metallo/metallo e loro applicazioni alla sintesi organica. Gli organocuprati: caratteristiche strutturali, preparazione e loro impiego nella sintesi organica. Composti organometallici dei metalli di transizione: teoria generale, il modello di Chatt-Dewar-Ducanson, la regola dei 18 elettroni, classificazione dei ligandi dei metalli di transizione. Effetti elettronici e stereochimici della coordinazione. Caratteristiche strutturali e preparazione dei complessi dei metalli di transizione. Processi fondamentali che coinvolgono i complessi dei metalli di transizione, il ciclo catalitico. Organometalli del palladio, nichel e rutenio con particolare riferimento alle sintesi stereoselettive. Cenni sulle applicazioni sintetiche dei complessi del cromo e del ferro. Testi consigliati: Dispense del docente. INSEGNAMENTI II° ANNO - I° semestre CATALISI INDUSTRIALE 6CFU Prof. Alceo Macchioni Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855579 e-mail: alceo.macchioni@unipg.it Programma - Breve storia della catalisi industriale: (1) relazione tra disponibilità di materie prime e sviluppo di catalizzatori; (2) esempi selezionati di processi catalitici industriali attualmente utilizzati. - Aspetti fondamentali della catalisi: (1) principi cinetici; (2) tipologia di legami chimici e stadi elementari relativi ai complessi molecolari e alle superfici.

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- Catalisi eterogenea: aspetti meccanicistici delle reazioni di conversioni del gas di sintesi, delle reazioni d’idrogenazione e delle reazioni di ossidazione. - Catalisi omogenea: reazioni di idroformilazione, reazioni di polimerizzazione e catalisi asimmetrica. Testo consigliato: R. A. van Santen, P. W. N. M. van Leeuwen, J. A. Moulijn, B. A. Averill, Catalysis: an Integrated Approach, Elsevier, 2000. TECNOLOGIE CHIMICHE PER L’AMBIENTE 6CFU Prof. Aldo Romani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855620 e-mail: aldo.romani@unipg.it Programma Caratteristiche chimiche e fisiche dei comparti ambientali L’idrofsera L’atmosfera La geosfera e il suolo Principi di chimica e biochimica acquatica Natura e classi di inquinanti delle acque Inquinanti inorganici nell’acqua: metalli pesanti, metalloidi e ioni e loro comportamento chimico Inquinanti e microinquinanti organici Trattamento delle acque L’atmosfera e la chimica atmosferica reazioni chimiche e fotochimiche reazioni acido-base nell’atmosfera reazioni dell’ossigeno, dell’azoto e dei composti azotati atmosferici reazioni dell’ozono Inquinanti primari e loro effetti ambientali Inquinanti secondari e loro formazione Inquinanti organici e loro reattività nell’atmosfera Lo smog fotochimico Le piogge acide Distruzione dello strato di ozono stratosferico Le particelle nell’atmosfera e loro formazione Gas serra La chimica del del suolo Natura e principali fonti degli inquinanti del suolo Inquinamento legato alle pratiche agricole Inquinamento causato dai rifiuti Comportamento chimico degli inquinanti nei suoli Natura, fonti e smaltimento di rifiuti pericolosi. Testi consigliati: “Chimica dell’ambiente” di Stanley E. Manahan, Edizione italiana a cura di Lelio Zoccolillo, Editore: Piccin Nuova Libraria S.p:A., Padova “Ecologia Applicata” di Renato Vismara, Biblioteca Scientifica Hoepli, Editore: Ulrico Hoepli S.p.A. – Milano Appunti di lezione

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INSEGNAMENTI A SCELTA DEGLI STUDENTI II° ANNO - I° semestre CHEMIOINFORMATICA 6CFU Prof. Gabriele Cruciani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855629 e-mail: gabriele.cruciani@unipg.it Programma Riepilogo concetti di chemiometria, rappresentazione molecolare (grafi, fingerprint, MIF) e minimizzazione molecolare. Descrittori molecolari avanzate. QSAR e 3D-QSAR. Descrittori molecolari circolari: il metodo Moka. Descrittori molecolari 3D: il metodo VolSurf. Applicazioni del metodo VolSurf nel campo dell'ADME: assorbimento intestinale e penetrazione membrana emato-encefalica di xenobioti. Metodi di calcolo di bitstrings e fingerprints. Metodi di calcolo similarità molecolare. Coefficienti di tanimoto et al. Il metodo Flap per il calcolo della similarità molecolare. Il metodo Flap per il calcolo dell'affinità con macromolecole. Il metabolismo di xenobioti: la problematica. Metodi computazionali per la predizione del metabolismo. Il metodo MetaSite. Dagli esperimenti di LCMSMS alla struttura molecolare dei metaboliti. Lezioni al computer applicando i programmi Sybyl, GRID, Moka, Volsurf, Flap e Metasite. Testi consigliati: Dispense fornite dal docente CHIMICA BIOINORGANICA 6CFU Prof.ssa Paola Belanzoni Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855618 e-mail: paola.belanzoni@unipg.it Programma Introduzione al ruolo della chimica inorganica nei processi biologici. Gli elementi chimici essenziali in biologia. Principi di chimica di coordinazione correlati alla bioinorganica: aspetti termodinamici e cinetici. Struttura elettronica e struttura geometrica degli ioni metallici nei sistemi biologici. Proprieta' delle molecole biologiche: proteine ed acidi nucleici. Controllo ed utilizzo della concentrazione degli ioni metallici nelle cellule: biodisponibilita' degli ioni metallici, strategie di assunzione, unita' specializzate in biologia, effetti tossici e benefici di ioni metallici. Interazione degli ioni metallici con proteine ed acidi nucleici: legame, struttura e stabilita'. Proteine vettrici di elettroni. Trasferimento elettronico a lunga distanza: teoria di Marcus. Metalloenzimi: legame del substrato ed attivazione mediante meccanismi non redox. Chimica del trasferimento di atomi e di gruppi atomici: trasporto ed immagazzinamento di ossigeno molecolare; reazioni di trasferimento di un atomo di ossigeno; metalloenzimi protettivi; reazioni dipendenti dal coenzima B-12. Modulazione delle proprieta' dei metalli ad opera delle proteine per ottenere funzioni specifiche. Fotosintesi clorofilliana e fotosintesi artificiale. Chimica inorganica dell'energia. Catalizzatori per l'ossidazione dell'acqua. Testi consigliati: S.J. Lippard, J.M. Berg "Principles of bioinorganic chemistry" University Science Books, Mill Valley, California R.M. Roat-Malone "Bioinorganic chemistry - A short course" Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey

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CHIMICA COMPUTAZIONALE 6 CFU Prof. Antonio Laganà Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855527 e-mail: antonio.lagana@unipg.it Programma Paradigmi dell’evoluzione delle piattaforme computazionali L’evoluzione delle cpu, della gestione e delle architetture Concorrenza dei dati e delle istruzioni Tassonomie di flusso, di memoria, di rete ed ibride Cluster di PC su rete dedicata e pubblica Parallelismo e alcolo distribuito I middleware di grid e relativi servizi Aspetti generali degli algoritmi concorrenti Strutture iterative naturalmente disgiunte Strutture iterative con vincoli Confronto di algoritmi alternativi Elementi avanzati di MPI Implementazione concorrente problema di meccanica quantistica Implementazione concorrente problema di meccanica classica Testi consigliati Dispense del docente CHIMICA PER L’ENERGIA 6CFU Prof.ssa Francesca Nunzi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855517 e-mail: francesca.nunzi@unipg.it Programma Principi di energetica: definizione di energia e di potenza e loro unità di misura. Utilizzo di energia nella storia. Densità di energia e di potenza; energia e potenza specifica. Definizione di efficienza energetica. Conservazione dell' energia: I e II principio della termodinamica. Principi di conversione. Tipi di energia e loro classificazione. Sorgenti di energia: energia celestiale e capitalizzata. Riserve di energia. Classificazione delle fonti rinnovabili. Le trasformazioni dell' energia: produzione di energia termica, meccanica, elettrica. La rete elettrica in Italia. Richiesta e riserve di elettricità. Produzione di energia da fonti tradizionali e da fonti rinnovabili. Il problema dell' immagazzinamento dell' energia. Dispositivi per l' accumulo di energia. I sistemi elettrochimici per l' accumulo di energia elettrica: differenze tra batterie, celle a combustibile e supercondensatori (diagramma di Ragone). Batterie primarie: pila zinco-carbone, pila alcalina, pila zinco-aria,pila ad argento, pila al litio. Batterie secondarie: batterie acide al piombo, pile alcaline (NiCd, NiMH, ioni litio). Pile o celle a combustibile. L'idrogeno. Principali combustibili per la produzione di energia: combustibili fossili, nucleari e solari. Il panorama energetico mondiale e nazionale: stime, riserve, scenari futuri. Energia solare ed elettricità. La struttura interna del sole, lo spettro della radiazione solare,definizione di air mass. Energia dal sole: conversione in energia termica (solare termico) e in energia elettrica (celle solari o fotovoltaiche). Tecnologie solari passive ed attive. Solare termico non concentrato e concentrato. Conversione solare termochimica per la produzione di combustibili: le biomasse. Conversione fotochimica per la produzione di combustibili solari. La fotosintesi naturale (sistemi antenna e centri di reazione

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naturali). La fotosintesi artificiale (sistemi antenna e centri di reazione artificiali). La fotolisi dell' acqua. Storia del solare fotovoltaico. Principi di funzionamento di una cella solare o cella fotovoltaica. Principi fisici alla base del funzionamento di una cella solare: concetti base di fisica dello stato solido (strutture cristalline; legame nei cristalli; gas di elettroni liberi; bande di energia); proprietà fondamentali dei cristalli semiconduttori (conducibilità intrinseca; generazione dei portatori; ricombinazione e trasporto). Giunzione p-n; la cella fotovoltaica; efficienza della cella solare; la curva voltamperometrica; le tre generazioni di celle solari. Celle solari di prima generazione: celle al silicio mono e policristallino; celle solari dei composti del III-V gruppo. Celle solari a film sottile: celle al silicio amorfo; cella a giunzione multipla; celle CdTe, CIS e CIGS. Celle solari organiche. Proprietà elettroniche dei semiconduttori organici. Cella a eterogiunzione a due strati e a eterogiunzione bulk. Sensibilizzazione di fotoconduttori. Celle solari fotosensibilizzate (celle di Graetzel). Coloranti per celle di Graetzel (inorganici ed organici).Celle di Graeztel a stato solido. Produzione di celle solari su scala industriale:dalle celle ai moduli. Testi consigliati: 1.A. W. Culp Priciples of Energy conversion, McGrawHill in Maidenhead, 1991. 2. V. Balzani, N. Armaroli Energy for sustainable world: from the oil to a sun-powered future, Wiley-VCH, 2011 CRISTALLOCHIMICA 6 CFU Prof. Ferdinando Costantino Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855563 e-mail: ferdinando.costantino@unipg.it Programma Introduzione alla cristallografia: cristallografia morfologica, prima e seconda legge della cristallografia morfologica, classi e sistemi di simmetria, operatori di simmetria, indici di Miller, proiezioni stereografiche, esercitazioni pratiche. Lo stato solido cristallino: solidi molecolari, solidi ionici, solidi ionico-covalenti, impacchettamento di sfere, strutture a massimo impacchetamento, strutture tipo degli ossidi, energia reticolare. Costante di Madelung e equazione di Kapunstinskii. Cristallografia strutturale: legge di Laue, legge di Bragg, gruppi spaziali, gruppi di Laue, teoria della diffrazione, interazione delle radiazioni con la materia, fattori di scattering, fattori termici, il fattore di struttura, reticolo reciproco, sfera di Ewald, estinzioni sistematiche, metodi di determinazione e affinamento strutturale, metodi diretti, metodi di Patterson, ottimizzazione nello spazio diretto, mappe di Fourier, Fourier della differenze, sezioni di Harker, raffinamento con i minimi quadrati. Strumentazioni: Sorgenti di Raggi X, sorgenti di laboratorio e luce di sincrotrone, monocromatori e rivelatori di Raggi X, diffrattometri da cristallo singolo. Esercitazioni pratiche. Esercitazioni sui software per la determinazione strutturale di piccole molecole. Analisi della struttura cristallina: distanze e angoli di legame, fattori termici, interazioni non covalenti e sopramolecolari. Diffrazione da polveri: strumenti, sorgenti e rivelatori, line profile analysis, indicizzazione, metodi ab-initio, raffinamento Rietveld. Cristallografia e materiali: Analisi microstrutturali, difetti, equazione di Debye-Scherrer, size & strain, analisi quantitativa, determinazione delle fasi ed esercitazioni pratiche su cementi e argille. Termodiffrattometria in situ e termogravimetria accoppiate, studio sulla decomposizione termica di materiali di sintesi. Cenni su metodi di total scattering: Pair Distribution Function, equazione di Debye, analisi diffrattometriche su nanoparticelle.

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Cenni sulla cristallografia di macromolecole: metodi di cristallizzazione, problema della fase, raffinamento e analisi della struttura. Testi consigliati Introduzione alla cristallografia moderna – C. Giacovazzo. Ed. Laterza 2010 Dispense del docente. ENZIMI IN CHIMICA ORGANICA 6CFU Prof. Antonio Cipiciani Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855540 e-mail: antonio.cipiciani@unipg.it Programma Struttura e proprietà di enzimi. Catalisi covalente, entropia e catalisi enzimatica. Cinetica enzimatica. Derivazione ed interpretazione della equazione di Michaelis-Menten. Metodi di calcolo di Km e Vm. Deviazione dalla cinetica di Michaelis-Menten. Inibizione di enzimi. Inibizione reversibile: competitiva, non competitiva, un competitiva. Calcolo della costanti di inibizione Ki. Misure di Ic50. Inibizione irreversibile. Esempi di meccanismi di reazione di enzimi: chimotripsina, Fenilalanina ammonia liasi, deidrochinasi, beta lattamasi. Impiego degli enzimi nella sintesi organica. Modulazione dell’attività catalitica. Immobilizzazione degli enzimi. Testi consigliati Consultare il docente. FOTOCHIMICA 6CFU Prof.ssa Anna Spalletti Dip. Chimica - Tel. 075-5855575 e-mail: anna.spalletti@unipg.it Programma Nozioni generali sulle radiazioni elettromagnetiche (natura, sorgenti, monocromatori, rivelatori ed attinometri chimici) e sulle apparecchiature di uso comune nei laboratori fotochimici. Natura degli stati elettronici eccitati e processi fotofisici di disattivazione. Parametri cinetici e rese quantiche. Processi monomolecolari (radiativi e non radiativi) e bimolecolari (trasferimento di energia, di carica e di protone, eccimeri ed ecciplessi). Processi fotochimici primari: dissociazione, riarrangiamento intramolecolare, dimerizzazione, addizione, estrazione di idrogeno (intermolecolare ed intramolecolare). Determinazione del meccanismo delle reazioni fotochimiche ed analisi dei fattori che possono influenzare la direzione e la resa; possibilità pratica di guidare le fotoreazioni. Reazioni fotosensibilizzate. Tecniche pulsate in fotochimica: studio di intermedi a vita breve in vari domini temporali e misura di tempi di vita di stati eccitati. Rassegna, descrizione ed analisi di alcune applicazioni tecnologiche ed industriali della fotochimica: fotocromismo, sintesi, fotopolimerizzazione e fotoreticolazione, riproduzione dell'immagine, fotosensibilizzazione e fotodegradazione, conservazione dell'energia solare, chemiluminescenza e fotocatalisi. Descrizione di fenomeni fotochimici naturali: fotosintesi, visione. Testi consigliati R. P. WAYNE, Photochemistry, Butterworths. K. K. ROHATGI - MUKHERJEE, Fundamentals of Photochemistry, Wiley Eastern Limited

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MATERIALI PER LE ENERGIE RINNOVABILI 6 CFU Prof.ssa Daniela Lanari Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel: 075 585 5558 e-mail: daniela.lanari@unipg.it Programma - Introduzione al Corso: Materiali per l’energia e importanza delle metodologie usate per la loro preparazione; l'Energia: analisi della produzione, del consumo e della conservazione; cenni sulle fonti di energia rinnovabile e non rinnovabile. - L'Energia Solare: Generalità; l'effetto fotovoltaico, le tre generazioni fotovoltaiche. - Cenni sulle celle fotovoltaiche inorganiche: Celle al silicio mono e poli-cristallino; celle a film sottile: silicio amorfo, CIGS, CIS, CdTe. - Celle fotovoltaiche organiche: principi e limiti di funzionamento; celle ad eterogiunzione piana, ad eterogiunzione dispersa(BHJ), celle ibride. - Materiali organici coniugati molecolari e polimerici per la conversione fotovoltaica. - Strategie per la sintesi: Reazioni di policondensazione; Metodo del precursore solubile; processi di homocoupling ossidativo; reazioni di cross-coupling. - Strategie sintetiche per modulare i valori di band-gap. - Cross-coupling: generalità, meccanismi, ciclo catalitico, catalizzatori impiegati. - Coupling di Suzuki, Heck, Sonogashira, Stille, Negishi: applicazioni alla sintesi di semiconduttori organici. - Esempi di polimeri organici semiconduttori: metodi di preparazione ed applicazioni: - Poliparafenilenivinileni (PPV) - Politiofeni (PT) - Poliarilacetileni (PAA) - Policarbazoli (PC) - Polifluoreni (PF) - Piccole molecole organiche impiegate nel fotovoltaico organico (smBHJ): confronto con i semiconduttori polimerici, sintesi ed applicazioni. - Eteroarilazione diretta come approccio sintetico alternativo alle reazioni di cross-coupling: applicazioni e limiti. - Sostenibilità dei processi chimici: principi generali ed applicazioni alla sintesi di semiconduttori organici - Reazioni di cross-coupling in flusso (reazioni in reattori e micro reattori). - Sistemi catalitici eterogenei e recuperabili Palladio supportati - Catalizzatori a base di metalli non preziosi - Cenni sugli sviluppi futuri di materiale fotovoltaico auto-assemblante Testi consigliati Consultare il docente METODI TEORICI PER LA DINAMICA MOLECOLARE 6 CFU Dr. Andrea Lombardi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855511 e-mail: andrea.lombardi@unipg.it Programma Collisioni molecolari in meccanica classica e quantistica. Diffusione da potenziale, tecniche semiclassiche, transizioni non adiabatiche Introduzione alla teoria del momento angolare.

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Processi inelastici e reattivi. Coordinate ipersferiche. Sezioni d’urto differenziali e integrali, costanti di velocità. Testi consigliati: Consultare il docente MODELLISTICA DELLE MOLECOLE ORGANICHE 6 CFU Prof.ssa Laura Goracci Dip.di Chimica – Tel 075 58555632 e-mail: laura.goracci@unipg.it Programma Introduzione: proprietà ” Drug-like”. Barriere di esposizione a farmaci in vivo. Importanza delle proprietà fisico-chimiche di composti drug-like. Importanza della delle proprietà drug-like nella progettazione di nuovi potenziali farmaci. Proprietà “drug-like” di composti organici: Lipofiicità. Proprietà acido-base. Solubilità. Permeabilità. Drug-design per la modulazione delle proprietà drug like. Cenni di metodi sperimentali per la determinazione di proprietà drug-like. Regole empiriche e modelli in silico per stimare proprietà drug-like dalla struttura chimica . Composti organici e permeabilità della barriera ematoencefalica (BBB): Proprietà della BBB. Effetti della penetrazione della BBB. Relazione struttura-penetrazione BBB. Strategie di modifiche strutturali per incrementare la penetrazione della BBB. Effetto del legame a idrogeno. Effetto di carica. Effetto della lipofilicità. Composti organici e stabilità metabolica: definizione di stabilità metabolica. Effetti della stabilità metabolica. Strategie di modifiche strutturali per la stabilità metabolica. Definizione di gruppi labili. Effetto del Fluoro. Effetto della chiralità. Effetto della lipofilicità. Testi consigliati: Drug-like Properties: Concepts, Structure Design and Methods. From ADME to Toxicity Optimization, Edward H. Kerns and Li Di, Elsevier Inc., 2008 OTTICA NON LINEARE 6CFU Prof. Paolo Foggi Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie - Tel. 075-5855580 e-mail: paolo.foggi@unipg.it Programma: Principi di spettroscopia non-lineare. Aspetti classici dell’interazione radiazione materia. Leggi di Maxwell. Suscettività e polarizzazione. Dipendenza lineare e non-lineare dal campo. Estensione dei concetti in un sistema quantistico. La matrice densità. Momento di transizione e polarizzazione. Processi di rilassamento. Concetto di tempo di rilassamento. Processi di allargamento di riga inomogeneo. Sorgenti laser impulsate e spettroscopie risolte nel tempo. Principi, e schemi di esperimenti risolti nel tempo. Processi parametrici e non-parametrici. Phase-matching. Spettroscopie Raman e Raman Coerenti. Rilassamenti vibrazionali. Spetroscopie multifotoniche. Stati elettronici. Separazione dei processi di allargamento omogeneo ed in omogeneo. Eco di fotoni e Hole-burning. Termodinamica dei processi irreversibili. Definizione dei processi reversibili ed irreversibili. Entropia di un sistema fuori equilibrio. secondo principio della termodinamica e processi irreversibili. Produzione di Entropia. Regime lineare. Equilibrio locale. Le relazioni di Onsager. La diffusione. Evoluzione della produzione di entropia e stabilità. Regime non-lineare. Stati lontani dall’equilibrio. Strutture dissipative. Auto-organizzazione.

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Testi consigliati: Consultare il docente SPETTROSCOPIA NMR 6CFU Prof. Cristiano Zuccaccia Dip. di Chimica, Biologia e Biotecnologie – Tel. 075-5855578 e-mail: cristiano.zuccaccia@unipg.it Programma - Principi di base di Risonanza Magnetica Nucleare: momento angolare e momento magnetico, livelli energetici, condizione di risonanza, teoria dello spostamento chimico, equivalenza chimica ed equivalenza magnetica. - Spettri in trasformata di Fourier: il modello vettoriale, la magnetizzazione macroscopica, l’effetto degli impulsi RF, il decadimento di induzione libero, l’intensità del segnale NMR, la trasformata di Fourier e il processamento dei dati. - Componenti di uno spettrometro NMR in trasformata di Fourier: il magnete, le sonde, i trasmettitori, gli amplificatori, il convertitore analogico/digitale, il sistema di aggancio della frequenza, il sistema di omogeneizzazione del campo. - Tecniche monodimesionali: la sequenza base 90°-FID, rilassamento longitudinale (T1) e l'inversion recovery, rilassamento trasversale (T2) e spin-echo, ottimizzazione della sensibilità. - Teoria dell’accoppiamento scalare, disaccoppiamento, sequenze in doppia risonanza, sequenze con impulsi multipli (SPT, SPI, INEPT, DEPT…) - La trattazione quantomeccanica per uno spin, il metodo degli operatori prodotto per uno spin e per due spin scalarmente accoppiati. Sequenza INEPT con gli operatori prodotto. - Introduzione alle tecniche bidimensionali: schema generale di un esperimento 2D: i periodi di preparazione, evoluzione, mescolamento e acquisizione. - Connessione attraverso i legami: correlazione attraverso singolo legame (spettri COSY, spettri HSQC e HMQC), correlazione attraverso più legami (spettri HMBC). - Approfondimenti sulla teoria del rilassamento: meccanismi di rilassamento, funzione di correlazione, il rilassamento e le popolazioni dei livelli energetici. - Connessione attraverso lo spazio: principi dell’accoppiamento dipolare e dell’effetto nucleare Overhauser, esperimenti NOE monodimensionali in stato stazionario, cinetica di crescita del NOE, stima delle distanze internucleari, esperimenti bidimensionali (NOESY e ROESY). - Esempi e applicazioni. Testi consigliati: Consultare il docente