Oggetto:
Oggetto:

CATALISI

Oggetto:

Catalysis

Oggetto:

Anno accademico 2024/2025

Codice attività didattica
CHI0050
Docenti
Silvia Bordiga (Titolare degli insegnamenti)
Elena Clara Groppo (Titolare degli insegnamenti)
Anno
1° anno
Periodo
Secondo periodo
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
chimica generale, chimica dei materiali, concetti di cristallografia, spettroscopia e microscopia, chimica fisica (orbitali atomici e molecolari; termodinamica e cinetica).
Propedeutico a
Tesi specialistica
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione

Lo scopo dell'insegnamento è di fornire una solida base sui principi della catalisi, offrendo una visione unificata dei concetti di reattività e selettività. Questo approccio permette di comprendere meglio le attuali direzioni di sviluppo della chimica moderna, con particolare attenzione alla sostenibilità energetica e ambientale dei processi chimici.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate

L'insegnamento si propone di fornire strumenti teorici e dati sperimentali necessari per applicare le conoscenze acquisite. Il corpo studentesco sarà in grado di comprendere le relazioni tra composizione, struttura e proprietà catalitiche delle principali tipologie di catalizzatori e di applicare queste conoscenze in contesti pratici, come nelle reazioni di idrogenazione, ossidazione parziale e polimerizzazione.

Autonomia di giudizio

Si svilupperanno la capacità di valutare criticamente i processi catalitici, tenendo conto delle implicazioni energetiche e ambientali. Saranno in grado di formulare giudizi autonomi sulle diverse tipologie di catalizzatori e sui processi chimici, basandosi su un'analisi approfondita dei dati sperimentali e teorici.

Abilità comunicative

L'insegnamento incoraggia a comunicare in modo efficace i concetti complessi di catalisi e le loro applicazioni. Saranno in grado di presentare in modo chiaro e conciso il perchè si usa un certo catalizzatore per una determinata reazione, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato sia in contesti accademici che professionali.

Capacità di apprendimento

Verrà acquisita capacità di apprendere in modo autonomo e continuo, sviluppando un approccio critico alla letteratura scientifica e alle innovazioni nel campo della catalisi. Lo studente sarà preparato per intraprendere ulteriori studi specialistici o per inserirsi nel mondo del lavoro con una solida preparazione teorica.

The main goal of the course is to introduce the students to the knowledge of the fundamental principles that regulate the activation of simple molecules in order to understand the main mechanisms through which a catalytic process works. Key studies will be used to explain concepts of activity, selectivity, life time of the catalyst, reactivation, and so on, underlining the commune aspects of homogeneous, heterogeneous and enzymatic catalysis. Special attention will be devoted to know most commune types of catalysts and current directions of development of the catalysis.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Lo scopo dell'insegnamento è di fornire le basi sui principi della catalisi dando una visione unificata dei concetti di reattività e selettività al fine di comprendere meglio le attuali direzioni di sviluppo della chimica moderna con particolare attenzione alla sostenibilità energetica e ambientale dei processi chimici. L'insegnamento si propone di fornire strumenti teorici e dati sperimentali che permettano di: comprendere le relazioni tra composizione, struttura e proprietà catalitiche delle principali tipologie di catalizzatori e di familiarizzare con alcuni tipologie di processi catalitici, come per esempio le reazioni di idrogenazione, di ossidazione parziale, di polimerizzazione.

Knowledge and Understanding

The aim of the course is to provide students with a solid foundation in the principles of catalysis, offering a unified view of the concepts of reactivity and selectivity. This approach allows for a better understanding of the current directions in the development of modern chemistry, with particular attention to the energy and environmental sustainability of chemical processes.

Applying Knowledge and Understanding

The course aims to provide students with the theoretical tools and experimental data necessary to apply the acquired knowledge. Students will be able to understand the relationships between composition, structure, and catalytic properties of the main types of catalysts and apply this knowledge in practical contexts, such as in hydrogenation, partial oxidation, and polymerization reactions.

Making Judgments

Students will develop the ability to critically evaluate catalytic processes, taking into account energy and environmental implications. They will be able to make autonomous judgments about the different types of catalysts and chemical processes, based on a thorough analysis of experimental and theoretical data.

Communication Skills

The course encourages students to effectively communicate complex concepts of catalysis and their applications. They will be able to clearly and concisely present why a certain catalyst is used for a specific reaction, using appropriate technical language in both academic and professional contexts.

Learning Skills

Students will acquire the ability to learn autonomously and continuously, developing a critical approach to scientific literature and innovations in the field of catalysis. They will be prepared to undertake further specialized studies or to enter the workforce with a solid theoretical preparation.

Oggetto:

Programma

INTRODUZIONE

Che cos’è un catalizzatore e su cosa agisce.

Catalizzatori omogenei ed eterogenei.

Un rapido excursus sui principali prodotti della chimica di base con cenni storici sulla loro produzione; dove la catalisi gioca un ruolo fondamentale.

I PROCESSI ALLA BASE DELLA CATALISI

Riconoscimento molecolare: il substrato deve poter accedere al sito attivo.

Adsorbimento: importanza della superficie nei catalizzatori eterogenei.

I processi di adsorbimento e la loro misura.

I COSTITUENTI FONDAMENTALI DI UN CATALIZZATORE

Fase attiva (single-site o multiple site), leganti (catalisi omogenea) e supporto (catalisi eterogenea), eventuale solvente.

Materiali ad alta area superficiale come supporti: ossidi e carboni.

I metodi principali di deposizione della fase attiva sul supporto.

Materiali microporosi che trovano applicazioni come supporti, ma anche come catalizzatori.

Rapido excursus sulle principali tecniche di caratterizzazione di un catalizzatore eterogeneo.

PRINCIPALI PROCESSI CATALITICI DI IMPORTANZA INDUSTRIALE

1) L’attivazione della molecola di idrogeno.

Catalizzatori di idrogenazione.

Il concetto di selettività nei catalizzatori di idrogenazione.

Relazione tra struttura, attività e selettività.

2) L'attivazione della molecola di azoto.

La sintesi dell'ammoniaca.

3) L’attivazione della molecola di CO.

La reazione di water gas shift.

Dal syn gas ai combustibili sintetici.

Il prcesso di Fisher-Tropsh e la sintesi del metanolo.

4) Dal metano agli idrocarburi.

Produzione di idrocarburi per la chimica di base e come combustibili.

Processi di cracking e fcc.

Da metanolo a idrocarburi e da metanolo a olefine.

5) Attivazione della molecola di NO.

Catalizzatori per la conversione degli NOx.

La marmitta catalitica.

6) Catalizzatori per la produzione di energia da fonti rinnovabili.

7) Cattura e conversione della CO2

8) Attivazione della molecola di ossigeno.

Catalizzatori di ossidazione.

Il concetto di selettività nei catalizzatori di ossidazione: catalizzatori di ossidazione parziale.

9) L’attivazione delle olefine.

Catalizzatori di polimerizzazione e oligomerizzazione di olefine.

Il concetto di selettività nei catalizzatori di conversione delle olefine.

 

INTRODUCTION

What is it a catalyst?

Homogeneous and heterogeneous catalysts.

A quick excursus on the most commune chemical products with historical mention about their production; where catalysis play a key role.

PROCESSES AT THE BASIS OF CATALYSIS

Molecular recognition: the substrate must reach the active site.

Adsorption: relevance of the surface in heterogeneous catalysts.

Adsorption phenomena and how to measure them.

MOST RELEVANT COMPONENT OF A CATALYST.

Active phase (single site, multiple site); ligands (homogeneous catalysis) and support (heterogeneous catalysis); the role of the solvent.

High surface area materials as supports: oxides and carbon.

Most commune ways to deposit the active phase on the support.

Microporous materials that find applications as support, but also as catalysts.

Quick excursus on the most commune techniques used to characterize an heterogeneous catalyst.

MOST COMMUNE CATALYTIC PROCESSES INDUSTRIALLY RELEVANT.

1) Activation of H2.

Hydrogenation catalysts.

The concept of selectivity in case of hydrogenation catalysts.

Relationship among structure, activity and selectivity.

2) Activation of nitrogen.

Ammonia synthesis

3) Activation of CO.

The reaction of water gas shift.

From the syn gas to synthetic gasoline.

Fisher-Tropsh process and methanol synthesis.

4) From the methane to hydrocarbon.

Hydrocarbon production for chemicals and for fuels.

Cracking and fcc processes.

Methanol-to-hydrocarbon and methanol-to-olefin.

5) Activation of NO.

Catalysts for NOx conversion.

The catalytic converter

6) Catalysts to produce Energy from renewable sources

7) Capture and conversion of CO2.

8) Activation of O2.

Oxidation catalysts.

The concept of selectivity in case of oxidation catalysts: catalysts for partial oxidation.

9) Activation of olefins.

Polymerization and oligomerization catalysts.

The concept of selectivity into the catalysts for olefin conversions

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Lezioni frontali (48 ore)

Tutto il Materiale Didattico sarà pubblicato sulla pagina Moodle del corso. 

Frontal lessons (48 hours)

All the teaching material will be published on the Moodle page of the course.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame, unificato per i due docenti, è orale e sarà finalizzato alla verifica dell'apprendimento di quanto spiegato a lezione.

La valutazione avverrà in trentesimi.

 

The exam, a single one for both  professors, is oral and wi be devoted to verify the knowledge of what has been explained during the lessons.

The evaluation will be expressed in thirtieths.

Oggetto:

Attività di supporto

Durante le lezioni verranno somministrati quiz attraverso il software risponditore Wooclap, allo scopo di addestrare al ragionamento e aiutarli a memorizzare i concetti importanti discussi durante le lezioni precedenti. I quiz forniranno un feedback rispetto al raggiungimento dei risultati attesi (con finalità educative) e al contempo consentiranno alle docenti di mettere in atto eventuali azioni correttive, nel momento in cui si evidenziassero difficoltà di comprensione.

 

During the lessons, quiz will be administered through the Wooclap response software, aiming to train students in reasoning and help them to memorize the important concepts discussed in previous lessons. The quizzes will provide students with feedback regarding the achievement of the expected outcomes (for educational purposes) and, at the same time, will enable Professors to implement corrective actions if comprehension difficulties arise.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Gli appunti del docente saranno disponibili sulla piattaforma Moodle.

Il materiale per approfondimenti e integrazioni sarà eventualmente indicato dai docenti durante lo svolgimento del corso, e sarà reperibile nella Biblioteca Chimica o in rete.

Notes written by the teachers will be available on the Moodle platform.

Additional research material will be suggested by the teachers along the course and it will be available at the library or online.



Oggetto:

Note

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

Students with specific learning disabilities (SLD) or disabilities are requested to review the support (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita) and reception (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) procedures of the University, and in particular the procedures necessary for support during exams (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto)."

 

Registrazione
  • Chiusa
    Apertura registrazione
    01/02/2023 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    31/12/2023 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 17/03/2025 11:39
    Location: https://lmchimica.campusnet.unito.it/robots.html
    Non cliccare qui!