|
|
|
|
|
I programmi per il triennio degli istituti tecnici industriali per la chimica
FINALITA' DEL CORSO DI CHIMICA PROFILO PROFESSIONALE DEL PERITO CHIMICO QUADRO DI ORARIO INDIRIZZO CHIMICO ECONOMIA INDUSTRIALE CON ELEMENTI DI DIRITTO CHIMICA ORGANICA, BIO-ORGANICA, DELLE FERMENTAZIONI E LABORATORIO ANALISI CHIMICA, ELABORAZIONE DATI E LABORATORIO TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E DI ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE
FINALITA' DEL CORSO DI CHIMICA
Il progresso, il benessere
dell'umanità dipendono dalle conoscenze chimiche e dall'utilizzo della
chimica come responsabile di trasformazioni e manipolazioni delle
sostanze naturali per migliorare la vita dell'uomo.
Uno dei fattori che hanno
contribuito all'allungamento della durata media della vita dell'uomo é
da ricercare nell'uso di sempre nuovi e più validi prodotti
farmaceutici: antisettici e disinfettanti, antibiotici e sulfamidici,
analgesici e così via, per finire nei nuovi farmaci, molti ancora in
fase di sperimentazione, contro malattie come il cancro, l'aids e le
affezioni cardiache.
PROFILO PROFESSIONALE DEL PERITO CHIMICO
Il perito chimico é una
figura professionale con un'ampia gamma di conoscenze non solo nel campo
strettamente chimico, ma spazia nell'ambito della biotecnologia,
dell'informatica e dell'ecologia.
QUADRO DI ORARIO INDIRIZZO CHIMICO
(a) S. = scritta; O.=orale;
S.G.=scritto-grafica; P.=pratica
Per l'insegnamento della lingua e della letteratura italiana nel triennio, il docente, nelle tre ore settimanali di lezione a sua disposizione, dovrà adottare quei percorsi programmatici e quelle metodologie che meglio giovino a rafforzare negli allievi la padronanza del mezzo linguistico e la conoscenza sufficientemente articolata del panorama storico-letterario, ricorrendo ad essenziali ed insostituibili letture di testi di grandi autori, tali da suscitare interesse ad ulteriori approfondimenti. Permane la necessità di proseguire anche in questa fascia scolastica, secondo precise linee programmatiche, obiettivi di consolidamento e avanzamento nel campo delle competenze e delle conoscenze linguistiche generali. FINALITA' Finalità della disciplina, che emergono specificamente nel triennio, sono:
Gli obiettivi da perseguire nel triennio si pongono in linea di continuità con quelli raggiunti nel biennio, rispetto ai quali si caratterizzano per i livelli di maggiore complessità e di più ampia articolazione riguardo sia allo sviluppo delle capacità sia all'acquisizione delle conoscenze. Essi fanno riferimento a tre settori: a) analisi e contestualizzazione dei testi; b) riflessione sulla letteratura e sua prospettiva storica; c) competenze e conoscenze linguistiche. Tale suddivisione non costituisce ordine di priorità, né per l'importanza né per propedeuticità, in quanto tutti gli obiettivi sono strettamente connessi tra loro e vanno tenuti contestualmente presenti nel corso dei tre anni. L'indicazione dei traguardi va riferita alla conclusione del percorso triennale. Il loro raggiungimento sarà graduale, attraverso il variare dei contenuti trattati e delle attività didattiche proposte. a) Analisi e contestualizzazione dei testi. Lo studente dovrà essere in grado di analizzare e interpretare i testi letterari, dimostrando di saper:
Lo studente dovrà dimostrare di:
Lo studente dovrà essere in grado di:
I contenuti della disciplina sono individuati su due versanti - letterario e linguistico - distinti solo per chiarezza espositiva, in quanto esiste tra essi, in molte fasi dell'operare didattico, una stretta connessione. A. Versante letterario. Oggetto dello studio letterario è il patrimonio della letteratura italiana, nella visione e cognizione che di esso ci offrono la ricerca scientifica e il dibattito critico più aggiornati. Sono contenuti di apprendimento sia la conoscenza di autori e opere, sia più generali conoscenze relative al fenomeno letterario nel suo storico costituirsi e all'attività critica che lo affianca.
La vastità del patrimonio letterario italiano e la pluralità e l'ampiezza degli obiettivi e di conoscenza connessi con lo studio di esso impongono che si dia ordine e dimensione ai contenuti. Tra questi è indispensabile compiere delle scelte, le quali devono in ogni caso rispondere a criteri di importanza e di organicità e richiedono perciò la costruzione di percorsi di studio. Tale costruzione è affidata alla programmazione del docente, il quale trova spazi di libertà nell'organizzare il disegno complessivo, nel dosare le preferenze per temi e filoni della produzione letteraria e nell'individuare in dettaglio gli autori e i testi sui quali si fonda il proprio progetto. In tale disegno devono comunque trovare posto i testi fondamentali della nostra letteratura, i quali costituiscono un patrimonio consolidato di cui va assicurata la conoscenza nelle nuove generazioni. Accanto ad essi, altri testi, di autori italiani e stranieri, dovranno essere presenti per dare consistenza e sviluppo agli itinerari prescelti. Per le epoche fino all'inizio del Novecento i percorsi devono comprendere opere - da leggere per parti significative e dove possibile per intero - di Dante, Petrarca, Boccaccio, Machiavelli, Guicciardini, Ariosto, Tasso, Galilei, Goldoni, Alfieri, Parini, Foscolo, Leopardi, Manzoni, Carducci, Pascoli, D'Annunzio, Verga, Pirandello, Svevo. Alla Divina Commedia, per il suo valore fondante nella tradizione letteraria italiana, e per la sua influenza sull'intera cultura occidentale, va assicurata una presenza rilevante nel corso di tutto il triennio. Nel primo anno deve compiersi lo studio di una congrua e organica scelta di canti, tratti dall'intera opera e da leggersi integralmente. La lettura del poema dovrà essere ripresa e arricchita negli anni successivi all'interno dei percorsi programmati. Complessivamente dovranno essere letti non meno di venti canti. Per l'epoca successiva all'inizio del Novecento, alla quale bisogna riservare pari attenzione, non vengono specificati nomi e filoni della nostra letteratura, ma devono essere prese in considerazione, sempre mediante una conoscenza diretta dei testi, le espressioni salienti ed altre che con esse meglio documentano le profonde e varie tendenze innovative, in particolare la ricerca di nuovi linguaggi poetici e di nuove tipologie narrative e teatrali. Nel complesso delle attività di studio si colloca anche la lettura individuale, da parte dello studente, di opere intere. A tal fine lo studente sceglierà per ciascun anno tre opere in una lista, predisposta dal docente, che comprenda testi di narrativa, poesia, teatro, saggistica, a preferenza di autori moderni, con significativa presenza di quelli stranieri.
Tali conoscenze sono direttamente implicate nelle operazioni di lettura dei testi o costituiscono elementi essenziali per giungere alle necessarie ricomposizioni delle esperienze di lettura in quadri storici complessivi. Allo scopo di orientare nell'ordinamento della materia e di assicurare un procedere sufficientemente omogeneo dei corsi nell'ambito nazionale, si richiede che l'assetto generale dell'insegnamento rifletta nell'insieme le seguenti scansioni temporali:
B. Versante linguistico. Lo sviluppo delle competenze e delle conoscenze linguistiche trova i suoi contenuti nelle seguenti operazioni, che si connettono con le attività di studio e con l'intera tematica proposta dalla disciplina:
- l'analisi di strutture, soprattutto sintattiche e semantiche, della lingua italiana, rilevate nei testi e nell'uso (comune e specialistico) e osservate anche attraverso comparazioni con altre lingue, compresi i dialetti; - l'acquisizione di dati essenziali sulle vicende linguistiche italiane messe in rapporto con i fatti culturali e storici, con particolare attenzione per la "questione della lingua", strettamente intrecciata nei secoli alla problematica letteraria, e per la comunicazione nella società dell'Italia contemporanea. INDICAZIONI DIDATTICHE Per l'attuazione dell'insegnamento della disciplina sono fortemente chiamate in causa la professionalità e la responsabilità del docente, il quale in sede di programmazione deve realizzare il proprio progetto di studio della materia. Sul versante letterario, in vista degli obiettivi stabiliti e dei vincoli posti sui contenuti, si rende necessario individuare e seguire dei "percorsi" di studio. Rispetto alla prassi, assai diffusa, di seguire l'avanzare dell'intero fronte della produzione letteraria secondo una lenta e rigida cronologia discendente, per innestare via via su di essa la lettura dei testi, il criterio dei percorsi consente infatti di: - giungere a un più immediato accostamento ai testi;
Ogni percorso può porre al centro un momento particolarmente significativo di un determinato tema di studio e ricollegare momenti precedenti e successivi, mettendo in evidenza aspetti di continuità, fratture e riprese e spesso anticipando anche la conoscenza di epoche più vicine al lettore. La costruzione dei percorsi può essere guidata dal criterio di seguire sviluppi formali o tematici o storico-culturali. A titolo puramente indicativo se ne danno qui alcuni esempi. Un percorso di studio sulle forme potrà riguardare la tradizione della lirica, e potrà porre al centro Petrarca e collegare da una parte la lirica trobadorica e stilnovistica e dall'altra il petrarchismo cinquecentesco. Un percorso di tipo tematico può essere costruito sul topos del viaggio nell'oltretomba. In tal caso il percorso può investire in modo significativo , ma non esaustivo, la Divina Commedia e correlare ad essa altri testi delle culture classica, biblica, medievale, con aperture anche ad autori di epoche successive e con accostamenti alle espressioni iconografiche. Un percorso di tipo storico-culturale può riguardare la situazione della letteratura italiana nel secondo dopoguerra (anni '50 e '60). Saranno presi in considerazione testi letterari italiani e stranieri di prosa e di poesia e ad essi saranno affiancate testimonianze del mondo editoriale e delle comunicazioni di massa, documentazioni relative al cinema e alle arti figurative e più in generale alla situazione culturale e sociale del tempo. L'esigenza di più ampio movimento, oltre le scansioni annuali del programma, può essere soddisfatta da percorsi di studio di sviluppo biennale o anche triennale. L'organizzazione dello studio per percorsi deve in ogni caso consentire di:
Si richiama l'attenzione sulla centralità delle operazioni di lettura diretta dei testi. Per i testi su cui si compirà una lettura antologica, la scelta, all'interno dell'opera intera, dovrà investire unità testuali che consentano di cogliere aspetti significativi dell'opera e di correlarla al sistema letterario e al contesto culturale. Per il versante linguistico, si segnala che tutte le attività connesse con lo studio letterario e che da questo possono scaturire danno continue occasioni per esercitare le capacità linguistiche degli alunni e per ampliare le loro conoscenze sulla lingua, con osservazioni sia sull'uso sia sulla dimensione storica di essa. Ma tale esercizio e tale ampliamento di conoscenze richiedono di essere condotti e seguiti con istruzioni e interventi specifici di cui occorre tener conto nella programmazione. Le esperienze di lettura compiute nell'ambito di questa disciplina, per quanto debbano essere affiancate e integrate dalle letture compiute in altri ambiti disciplinari, costituiscono pur sempre il fondamento principale per la formazione di un lettore autonomo e consapevole, capace di riflettere sulla forma del testo. E' altresì obiettivo fondamentale che nel corso del triennio l'alunno giunga a padroneggiare, nei termini indicati nei paragrafi precedenti, la produzione scritta, la quale peraltro si lega strettamente, come è noto, alle altre forme di pratica della lingua. Si sottolinea che il tipico "tema", componimento di più ampio respiro, indicato nella lista delle forme di produzione scritta, richiede particolari istruzioni per la sua preparazione e realizzazione e deve essere comunque affiancato e integrato dalle altre forme di addestramento, più direttamente connesse alle utilizzazioni che la scrittura trova nelle attività di studio e di lavoro. Si richiama altresì l'attenzione sul fatto che lo sviluppo delle capacità di esposizione orale richiede uno specifico addestramento e che tale pratica non va quindi confusa con quella dell'"interrogazione" orale come forma di verifica e occasione di valutazione dell'alunno. Per quanto riguarda più precise indicazioni didattiche, la consapevolezza del progetto da parte dello studente consente di integrare la parte propositiva ed espositiva del docente (lezione frontale) con interventi più precisi, quali:
Gli strumenti didattici tradizionali (libri in adozione o consigliati) vanno integrati con l'adeguata utilizzazione del patrimonio librario e di altro genere (audio- visivi, software didattico) a disposizione della scuola e, all'occorrenza, con riproduzione di documenti originali relativi a specifici momenti dell'attività di studio. Si faciliterà inoltre la frequentazione di biblioteche, archivi, musei e altri luoghi di ricerca. Si segnala l'alto valore educativo dell'apprendimento a memoria dei testi poetici, allo scopo di dare risalto ai valori fonici e ritmici del testo e per favorire l'approfondimento interiore del loro significato. La verifica e la valutazione Le verifiche dell'apprendimento avvengono fondamentalmente attraverso forme di produzione orale e scritta. Sono forme di verifica orale:
La valutazione deve tener conto dei seguenti elementi:
FINALITA' L'insegnamento di Storia si propone di:
Le finalità del triennio riprendono e sviluppano le finalità del biennio. Esse descrivono due campi di intervento. Il primo riguarda la specificità del lavoro storico e lo statuto epistemologico della storia, e ad esso fanno riferimento le finalità 1 - 4 sulla complessità del fatto storico, sul laboratorio delle fonti e dei concetti, sull'uso della memoria storica. Il secondo riguarda i bisogni formativi degli studenti, che vengono individuati nella esigenza della realizzazione di sé e dell'apertura al mondo e agli altri: la storia aiuta ad apprezzare differenze, a orientarsi nel mondo. In ciò consiste la scoperta del presente come storia (finalità 5, 6 e 7). Le finalità nel loro insieme individuano, inoltre, uno specifico aspetto del triennio, che consiste nell'attitudine a porre domande, a costruire problemi, analizzarli, interpretarli e valutarli.
Lo studente alla fine del triennio dovrà dimostrare di essere in grado di:
Gli obiettivi del triennio perseguono due scopi. Da una parte proseguono e rinforzano il lavoro avviato nel biennio; dall'altra marcano il salto qualitativo che deve caratterizzare lo studio della storia nel triennio. Gli obiettivi descrivono campi operativi ristretti, che non esauriscono l'orizzonte individuato dalle finalità. In particolare al primo gruppo di finalità (1 - 4) sulla complessità del fatto storico e sul laboratorio, corrispondono gli obiettivi 2, 3, 4, 6 e 7. Al secondo gruppo di finalità (5, 6 e 7), sui bisogni formativi degli allievi corrispondono gli obiettivi 1, 2, 3, 4, 5. L'obiettivo 8 descrive il livello di conoscenze che l'allievo deve dimostrare di possedere. Questi obiettivi non sono proposti in ordine progressivo di difficoltà, ma vanno perseguiti in modo differenziato, a seconda degli argomenti di studio. Ad esempio: gli obiettivi di laboratorio costituiscono lo scopo principale di un eventuale lavoro sulle fonti; un itinerario prevalentemente basato su materiale manualistico si potrà prestare al raggiungimento di obiettivi legati all'uso di concetti e modelli; nell'analisi di dati di attualità si potrà perseguire il raggiungimento di diversi obiettivi. CONTENUTI
2. L'avanzamento e l'arresto delle frontiere interne e esterne della Europa.
3. Dall'unitarietà del mondo medioevale alla molteplicità del mondo moderno.
4. La formazione dell'Europa degli stati.
5. Conquista di nuove terre, ridefinizione di identità, mutamento di equilibri in Europa.
6. Il tempo delle trasformazioni: religione, cultura, mentalità.
Quarto Anno [ 2 ore ] Dalla metà del '600 alla fine del '800 1. Governati e governanti fra partecipazione e concentrazione del potere. Lotte politico-sociali, dottrine politiche, configurazioni istituzionali. Quadro europeo e modelli regionali.
2. La trasformazione sociale. Popolazione, economia, società e territorio fra "crisi generale" e "nuove frontiere.
3. Il problema della rivoluzione come paradigma del cambiamento. Dall'età barocca alla stagione delle riforme. Europa e America a confronto.
4. Nazione e popolo. Prospettive sociopolitiche e culturali nell'epoca del liberalismo classico.Borghesie alla prova.
5. Processi di integrazione nazionale e costruzioni sovranazionali.
6. L'economia mondiale e la rottura dell'equilibrio europeo.
Quinto Anno [2 ore] Il '900 1. Le forme della società di massa.
2. La dissoluzione dell'ordine europeo.
3. Dalla guerra alla guerra. Strategie e tentativi di controllo della crisi.
4. Il mondo bipolare.
5. Verso il nuovo ordine mondiale.
INDICAZIONI DIDATTICHE 1. Il pensiero storico, in quanto metodo e forma di spiegazione euristica della realtà umana e sociale, è parte costitutiva e integrante del sapere e della cultura occidentale. La nostra cultura è intimamente storica. In questo senso la storia può essere riconosciuta come una espressione culturale diffusa e come un peculiare modello di investigazione della realtà. La pervasività stessa del pensiero storico consente la sua trasformazione in senso comune storico, su cui possono innestarsi usi sociali, politici ed ideologici, talvolta impropri, rispetto ai quali la scuola ha compiti di chiarificazione e di critica. 2. La storia è la disciplina che studia e indaga le differenze e il mutamento, le strutture, le permanenze e le continuità; rapporta l'evento al contesto generale specifico; inserisce il caso particolare in una trama di relazioni, retaggi, opportunità; considera in un'ottica di complessità soggetti, azioni, comportamenti e valori. La storia dunque si realizza come operazione di selezione, contestualizzazione, interpretazione e come disciplina fondata su un metodo rigoroso di indagine sui fatti, su una tecnica collaudata di ricerca delle relazioni, su una ermeneutica controllabile ed esplicita. Infine procede alla spiegazione di eventi, processi e permanenze mediante proprie tecniche di discorso. 3. Finalità essenziale dell'insegnamento storico è quella di educare gli studenti alla consapevolezza del metodo storico, per ciò che attiene all'accertamento dei fatti, all'investigazione, all'utilizzo, all'interpretazione delle fonti, all'esposizione delle argomentazioni. Ciò avviene non su procedure astratte, ma in stretta relazione e interdipendenza con i contenuti. L'interazione metodo/contenuti costituisce l'asse privilegiato della didattica storica. Nel pieno rispetto di tale interazione, l'insegnante sceglie percorsi didattici, finalizzati all'acquisizione di obiettivi cognitivi e metodologici, programmaticamente individuati ed esplicitati, percorsi che utilizzano - a misura degli studenti - le procedure del metodo storico: formulazione delle domande, definizione del "nodo problematico", sviluppo delle dinamiche interne e delle interrelazioni contestuali, accertamento delle eredità. 4. La storiografia offre la possibilità di puntualizzare mezzi di indagine e modelli di interpretazione, e consente il vaglio critico del patrimonio delle conoscenze acquisite e il loro utilizzo, la possibilità di confronti e di comparazioni. Essa consente altresì di individuare i punti di vista, i riferimenti ideologici, la strumentazione teorica e concettuale. 5. La struttura dei contenuti proposti, composta da grandi contestualizzazioni e dalla loro articolazione, si incontra con le modalità di apprendimento proprie del giovane che ha bisogno di "viaggiare" tra le grandi generalizzazioni e l'esattezza del concreto. Essa segnala un metro per risolvere la prescrittività dei programmi di storia, stretti tra la complessità e l'ampiezza dei fatti da esaminare, la necessità della selezione e il rapporto non episodico con la riflessione storiografica. 6. I contenuti individuati riguardano in particolare l'uomo associato in collettività, teso a realizzare un'esistenza accettabile, a sfruttare al meglio il patrimonio delle conoscenze accumulate, inserito in un contesto dato di relazioni, di vincoli, di rappresentazioni e autorappresentazioni, di possibilità e rapporto tra uomo, natura e cultura e tra collettività e sfruttamento delle risorse ambientali; le forme di governo delle risorse, delle culture, delle società; l'articolazione delle identità e delle soggettività. 7. Nello stesso modo in cui lo storico utilizza fonti documentarie che sono oggetto di indagine da parte di discipline non assimilabili alla storia (geografia, linguistica, filosofia, economia, psicologia, sociologia, etologia, ecc.) - proponendo così una ricerca di tipo pluridisciplinare o interdisciplinare -, anche l'insegnante di storia deve saper utilizzare una strumentazione ermeneutica pluridisciplinare. Ad essa lo predispone la stessa natura della storia che mutua, all'occasione, da altre discipline lessico e quadri di riferimento concettuali. 8. La didattica storica qui prospettata necessita di una strumentazione di supporto articolata e accessibile: carte geografiche, tabelle cronologiche e sinottiche, manuali di storia, testi storiografici, testi documentari, raccolta di fonti, riproduzioni di documenti, materiale computerizzato ecc. Così configurata, questa didattica costituisce un vero e proprio laboratorio di storia (ove possibile da realizzare anche in una sede apposita), del quale fanno parte a pieno titolo visite ad archivi pubblici e privati e a musei.
A seconda della tipologia dell'unità di studio, cambiano le prove di verifica. Ad esempio un lavoro di concettualizzazione spazio-temporale richiede che lo studente dimostri la padronanza di carte geografiche e cronologiche; un lavoro sulle fonti, che lo studente dimostri di saper formulare questionari di interrogazione di un documento, o di saper confrontare più documenti in modo corretto; un lavoro che implichi la lettura dei testi differenziati (manuali, saggi e articoli divulgativi) richiede che lo studente dimostri le proprie competenze d'uso di generi testuali diversi; se l'allievo deve riferire - oralmente o per iscritto - sul proprio lavoro, si richiede la capacità di pianificare una relazione, di argomentare con proprietà, di servirsi del lessico specifico, di operare rimandi alle fonti di informazione. Se l'allievo deve dimostrare di possedere le conoscenze studiate, saranno utili prove strutturate quali domande vero falso e a risposta multipla, testi a completamento, ecc. E' essenziale, infine, che l'insegnante accerti le competenze, le conoscenze e le abilità acquisite dagli allievi, mediante prove di ingresso, predisposte in funzione sia del raccordo col biennio, sia dell'unità di studio prescelta.
Il programma mette a disposizione del docente un materiale suddiviso e organizzabile in modo da progettare programmazioni che, oltre a garantire l'acquisizione delle conoscenze essenziali, rispondano ai bisogni degli studenti, agli stili di insegnamento, alle disponibilità orarie. Tale flessibilità permette di caratterizzare l'insegnamento rispetto all'indirizzo e di costruire occasioni interdisciplinari. La struttura dei contenuti proposti è composta da grandi contestualizzazioni, corrispondenti alle titolazioni di ciascun contenuto (indicate con i numeri), ciascuna delle quali si articola in un itinerario possibile, (indicato dalla serie di lettere). Queste articolazioni vanno intese come piste di lettura utili per la esplicitazione delle contestualizzazioni. Sono prescrittivi, per ciascun anno, tutte le contestualizzazioni e non meno di tre itinerari. Le contestualizzazioni sono prescrittive perchè nel loro insieme consentono di costruire una mappa cognitiva utile per comprendere il periodo storico previsto nell'anno. E' prescrittivo lo studio di almeno tre itinerari, in modo da garantire una varietà sufficiente di approcci, e da abituare lo studente al lavoro di confronto tra fatti e contestualizzazioni. L'insegnante potrà costruire, inoltre, uno o più itinerari - sostitutivi di quelli proposti - combinando in modo coerente e storicamente significativo singoli punti, tratti dalle diverse articolazioni (contrassegnate dalle lettere), in modo da percorrere trasversalmente i contenuti proposti. Ciascun contenuto è suscettibile ancora di approfondimenti culturali di ricerca anche nella dimensione storica locale. Dal monte ore a disposizione, un terzo potrà essere dedicato allo studio delle contestualizzazioni; la restante parte - dedicata allo studio degli itinerari - potrà essere ripartita secondo le esigenze della programmazione. La metà del XVII secolo e la fine del XIX separano lo studio nelle tre annualità. Tale periodizzazione non segnala una cesura netta. Infatti, il programma è costruito con percorsi tematici che possono sovrapporsi cronologicamente e svilupparsi secondo temporalità proprie. Il programma dell'ultimo anno è presentato in forma più analitica. Tale scelta nasce dall'esigenza di fornire, attraverso conoscenze più ampie e approfondimenti indispensabili, una piena comprensione del proprio tempo.
OBIETTIVl DI APPRENDIMENTO
N.B. Gli obiettivi e i contenuti sono riferiti alle abilità
considerate separatamente. Tuttavia, per sviluppare le abilità, si
prevedono anche attività di tipo integrato.
L'insegnamento della matematica, pur collegandosi con gli altri contesti disciplinari per assumere prospettive ed aspetti specifici, conserva la propria autonomia epistemologica-metodologica e persegue quindi le stesse finalità. OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO
CONTENUTI Gli elementi di calcolo delle probabilità e statistica rispondono
all'esigenza di fornire gli strumenti metodologici per effettuare
modellizzazioni e analisi di dati nel particolare contesto educativo.
ECONOMIA INDUSTRIALE CON ELEMENTI DI DIRITTO
CONTENUTI
Quinto anno [2 ore]
COMMENTO AI SINGOLI TEMI
INDICAZIONI DIDATTICHE
La verifica e la valutazione
FINALITA' La Chimica Fisica ha un ruolo primario nella cultura chimica in quanto è costituita da un insieme di concetti e di principi capaci di spiegare il comportamento delle sostanze e prevederne le trasformazioni. Perché la Chimica Fisica assuma il ruolo di "asse culturale", funzionale alla formazione di una professionalità chimica di base, nel programma che segue trovano posto alcuni concetti di chimica generale che, indipendentemente dalle acquisizioni di biennio, vanno precisati, consolidati e definitivamente formalizzati. L'insegnamento di Chimica Fisica si propone essenzialmente di portare gli allievi a: · collegare le proprietà delle sostanze con la struttura elettronica degli elementi costitutivi e con la tipologia dei legami che li uniscono; · comprendere, in base a considerazioni teoriche strettamente connesse al calcolo ed alla elaborazione dei dati sperimentali, le ragioni per cui una reazione chimica, in determinate condizioni, si svolge secondo un determinato schema; · prevedere, con sufficiente ragionevolezza lo sviluppo più probabile delle reazioni chimiche; · analizzare i processi chimici di equilibrio sulla base di considerazioni termodinamiche e cinetiche; · individuare le interconnessioni con le altre discipline dell'area chimica. OBIETTIVI DIDATTICI Alla fine del corso triennale lo studente deve essere in grado di: 1. utilizzare in chiave esplicativa e previsionale i principali concetti di termodinamica; 2. calcolare le variazioni di energia, di entalpia e di entropia alle varie temperature anche per i processi industriali; 3. prevedere le concentrazioni dei componenti di una miscela gassosa all'equilibrio in determinate condizioni di T e di P; 4. prevedere il comportamento delle specie ioniche sulla base delle costanti degli equilibri in soluzione; 5. indicare l'ordine di una reazione e saperne calcolare la costante cinetica; 6. calcolare, sulla base dei dati sperimentali, la velocità di una reazione enzimatica; 7. illustrare il meccanismo generale di una catalisi eterogenea; 8. analizzare il comportamento delle soluzioni in relazione alla teoria di Debye-Huckel; 9. spiegare i fenomeni di trasporto della corrente nelle soluzioni di elettroliti; 10. spiegare il funzionamento e le applicazioni dei vari tipi di elettrodi; 11. individuare la correlazione tra struttura molecolare e proprietà delle sostanze; 12. mettere in relazione la struttura di un composto e le sue interazioni con le radiazioni elettromagnetiche; 13. prevedere lo spostamento di un equilibrio di reazione in base a considerazioni termodinamiche; 14. rapportare il testo di un problema ad una esperienza di laboratorio e viceversa; 15. saper individuare gli elementi costitutivi del testo di un problema; 16. progettare l'algoritmo risolutivo di un problema; 17. impostare il calcolo matematico con controllo sotto il profilo chimico e matematico; 18. redigere il listato per la risoluzione al PC. CONTENUTI Classe terza [5 (2) ore] 0. I concetti ed il linguaggio della chimica di base 0.1 Elementi e composti. Misura delle masse atomiche relative e delle masse molecolari; formula minima e formula molecolare. 0.2 Reazioni chimiche. Leggi di combinazione e bilanciamento delle reazioni chimiche. Principio di Avogadro e sue conseguenze. 0.3 La valenza come rapporto di combinazione tra elementi.Nomenclatura chimica. Il concetto di mole. 0.4 I fondamenti della classificazione periodica degli elementi. 1. La struttura dei problemi chimici. 1.1 Tipologie dei problemi chimici. Analisi del testo: dati in ingresso ed in uscita. 1.2 Suddivisione del problema in sottoproblemi ed individuazione delle variabili intermedie. 1.3 Criteri di assegnazione di un target per ogni variabile e richiamo dei concetti funzionali alla soluzione del problema. 1.4 Struttura dell'algoritmo risolutivo e stesura del listato (serie di istruzioni). 1.5 Schema di calcolo e verifica delle unità di misura. 1.6 Esecuzione del calcolo; verifica della significatività e della congruenza del risultato. 2. Modello quantistico degli atomi e proprietà periodiche 2.1 Modello elettrostatico elementare dell'atomo: particelle presenti nel nucleo; strati elettronici; isotopi. Numero atomico, numero di massa. Spettrometro di massa e massa delle particelle. Massa relativa. 2.2 Andamento delle energie di prima ionizzazione; quantizzazione dell'energia degli elettroni negli atomi. Conferma sperimentale della quantizzazione dell'energia elettronica: carattere quantico dell'energia radiante, fotoni, spettri a righe. 2.3 Stabilità e reattività degli elementi: concetto di minima energia; gas nobili e regola dell'ottetto: la periodicità delle proprietà. 3. Molecole, legame chimico e strutture 3.1 Legame chimico come stato di minima energia relativa. La natura elettrica del legame; distanza di legame ed energia di legame. Modelli di legame chimico: ionico, covalente, metallico. Elettronegatività e polarità dei legami. Formazione del legame nei composti di coordinazione. Stabilità delle molecole; concetti di risonanza e delocalizzazione degli elettroni. 3.2 Direzionalità dei legami chimici ed assetto spaziale delle molecole. Esempi di assetti molecolari lineari, trigonali, tetraedrici ed ottaedrici. 3.3 I limiti del modello elettrostatico. Principio di indeterminazione di Heisenberg: certezza e probabilità. Diffrazione di onde e particelle: dualismo onda-corpusolo. 3.4 La meccanica ondulatoria: un modello matematico per rappresentare il moto e l'energia delle particelle.La funzione ? (psi) e il suo quadrato quale fonte di informazione sulla distribuzione della probabilità di rinvenire particelle.Rappresentazione della distribuzione spaziale della carica elettronica mediante superficie e linee di equiprobabilità. 3.5 Stabilità e reattività delle molecole: fattori energetici e cinetici nelle trasformazioni chimiche. 4. Cinetica chimica 4.1 La distribuzione delle velocità e delle energie molecolari e relativa rappresentazione grafica. 4.2 Velocità di reazione.Fattori che influiscono sulla velocità: natura dei reagenti, concentrazione, temperatura. Teoria elementare degli urti. Complesso attivato. Energia di attivazione e temperatura. Meccanismi di reazione e stadio cineticamente determinante. Catalisi. Classe quarta [3 (1) ore] 1. Gli stati di aggregazione 1.1 Lo stato gassoso. Curve PV/P. Equazione di stato dei gas.Equazione di Van der Waals. Teoria cinetica. Principio di equipartizione. Gradi di libertà. Interpretazione molecolare della energia interna per i gas. Grandezze critiche. Liquefazione dei gas. 1.2 Lo stato liquido. Forze intermolecolari e struttura a breve raggio. Legame a idrogeno. Pressione del vapore saturo. Tensione superficiale, tensioattivi; capillarità, viscosità. 1.3 Stato colloidale. Dialisi. Cristalli liquidi. 1.4 Lo stato solido. Cristalli e reticoli cristallini. Sistemi cristallini. Riflessione, diffrazione, richiami alla rifrazione. Capacità termica dei solidi. Lo stato metallico. Cenni alla struttura dei semiconduttori. 1.5 Le transizioni di stato. Curve di raffreddamento. Concetto di fase. Diagrammi sperimentali pressione di vapore/temperatura. 1.6 Miscele binarie. Legge di Henry. Legge di Raoult. Diagrammi temperatura/composizione di miscele binarie. Azeotropi. Eutettici. Soluzioni ideali e soluzioni reali. Proprietà colligative. Pressione osmotica e determinazione della massa molecolare (es.: macromolecole). Processi di trasporto attraverso le membrane. 2. Termodinamica chimica 2.1 Lavoro PV: trasformazioni reversibili e irreversibili. Capacità termica a volume e a pressione costante. 2.2 Temperatura e sua interpretazione molecolare. Temperatura assoluta. Sistema, ambiente, universo, proprietà intensive ed estensive. Esperienza di Joule, lavoro adiabatico ed energia interna. Calore ed equivalenza tra calore e lavoro. 2.3 Primo principio della termodinamica. Funzioni di stato e di percorso. Generalizzazione della interpretazione molecolare dell'energia interna (per gas, liquidi e solidi). Concetto di energia al punto zero ed energia termica. Calcolo di _U, "Cv", "Cp". Entalpia e valori standard. Misure di _H e di "Cp". Legge di Hess. Calcoli entalpici e diagrammi di entalpia. Applicazioni termodinamiche. 2.4 Secondo principio della termodinamica nell'enunciato di Kelvin e in quello di Clausius. Rendimento di una macchina termica: entropia come funzione di stato e trasformabilità del calore. 2.5 Processi spontanei in un sistema isolato: entropia, secondo principio, massimazione dell'entropia. Ordine/disordine. Peso statistico di una configurazione S=k.lw Spontaneità e probabilità; preferenza per gli stati a più elevato peso statistico. Esempi: diffusione, evaporazione, mescolamento. 2.6 Diagramma S/T di una macchina ideale. Calcolo della variazione di entropia per trasformazioni semplici; calcolo della sua variazione in funzione della temperatura. Identità dell'entropia statistica e termodinamica. 2.7. Terzo principio della termodinamica ed entropia "assoluta". Entropia dei corpi materiali (massa, stato di aggregazione, composizione ecc.). Calcoli riferiti a semplici trasformazioni. 2.8 Funzione di Gibbs e lavoro utile. La funzione di Gibbs come indicatore di equilibrio e di spontaneità. Stati standard. Uso dei valori tabulati. Incidenza relativa dei fattori entalpico ed entropico nei sistemi chiusi. Dipendenza di H da T. Spontaneità e temperatura. 2.9 Esempi di bilanci energetici: estrazione dei metalli e diagrammi di Elligham; reazioni accoppiate, idrolisi di ATP e concetto di efficienza termodinamica. 3. Interazione tra materia ed energia radiante 3.1 Discrepanza tra i valori classici della capacità termica ed i valori sperimentali: quantizzazione dell'energia. Confronto tra intervalli energetici translazionali, rotazionali, vibrazionali, elettronici ed energia media translazionale. Distribuzione dell'energia nella traslazione. Distribuzione dell'energia sui livelli accessibili. 3.2 Stati fondamentali e stati eccitati. Spettroscopia a microonde, spettroscopia IR, UV e visibile; spettri a bande, spettri a righe e loro utilità analitica. Classe quinta [3 ore] 1. Funzione di Gibbs ed equilibri 1.1 Funzione di Gibbs: dipendenza dalla pressione a temperatura costante. Deduzione termodinamica della costante di equilibrio. _G° standard. Diagramma di Francis. Isoterma di Van't Hoff. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Equilibri di dissociazione e di sintesi in fase gassosa. Deduzione di Kc da Kp. Le costanti di equilibrio nei sistemi reali: concetti di attività e di fugacità. Stati standard per liquidi e solidi puri. 1.2 Equazione di Clapeyron, sua deduzione e sue implicazioni. Regola delle fasi e sua applicazione. 1.3 Dipendenza dalla temperatura di entalpia e capacità termica. Funzione di Gibbs e costante di equilibrio. 1.4 Funzione di Gibbs e composizione. Energia libera molare parziale. Volume molare parziale; cenni alle altre grandezze molari parziali. 1.5 Equilibri di ripartizione: adsorbimento cromatografico, estrazione con solventi e ripartizione. 2. Dalla termodinamica alla statistica 2.1 Calcolo della probabilità matematica (P). Macrostati, microstati e probabilità termodinamica (W). 2.2 Equazione di Boltzmann e andamento statistico in funzione della temperatura. 2.3 Dispersione, probabilità e stabilità (orbitali degeneri, risonanza e delocalizzazione). Equilibrio chimico ed equazione statistica di Boltzmann. 3. Cinetica chimica 3.1 Equazione cinetica. Ordine; molecolarità. Costante cinetica. Energia di attivazione e costante di Boltzmann. Catalisi omogenea ed eterogenea. Catalisi enzimatica. Equazione di Michaelis-Menten. Equazione di Linweawer-Burk. Catalisi competitiva. Catalisi industriale. 4. Elettrochimica 4.1 Conducibilità elettrolitica. Teoria di Debye-Huckel. Migrazione indipendente degli ioni. Applicazioni analitiche. Fenomeni elettrocinetici. 4.2 Meccanismi ossidoriduttivi. Lavoro elettrico e funzione di Gibbs. Dall'isoterma di Van't Hoff alla legge di Nernst. Celle elettrochimiche. Forza elettromotrice. Potenziali elettrodici; potenziali elettrodici standard. Polarizzazione degli elettrodi. Potere ossidoriduttivo. 4.3 Tipologia degli elettrodi con particolare riferimento a quelli a membrana. Equilibrio e potenziali di membrana. Elettrodi di riferimento. Applicazioni analitiche della potenziometria. 4.4 Elettrolisi. Leggi di Faraday. Sovratensione e sue cause. Applicazioni analitiche e industriali. 4.5 Corrosione, suoi meccanismi. Protezione. 4.6 Principi generali della voltammetria. Polarografia. Laboratorio Al terzo e al quarto anno le lezioni devono essere, possibilmente, connesse all'attività di laboratorio. Tutti i temi proposti si prestano ad attività sperimentali, anche riprendendo ed affinando, soprattutto sul piano quantitativo, esperienze già realizzate nel biennio. A titolo indicativo si segnalano alcuni esperimenti da realizzare, fermo restando che per la parte relativa agli equilibri ionici, il corso di Analisi fornirà opportune occasioni di lavoro: termodinamica: entalpia di soluzione e di reazione comportamento dei metalli e dei loro ioni in differenti condizioni di reazione misure di conducibilità di differenti specie (mobilità ionica) misure di conducibilità in funzione della concentrazione e della temperatura misure di conducibilità in ambiente non acquoso misure di pH per soluzioni a diluizioni successive e curva di sloope elaborata al P.C. La cinetica chimica: fattori che influenzano la velocità di reazione. Per quanto concerne il tema "la struttura dei problemi chimici", il docente proporrà l'argomento ricostruendone in laboratorio il contesto di definizione. In questo senso si potranno prevedere esperienze relative a: - solubilità e gravimetria. - pH. - volumetria acido-base e/o red-ox. INDICAZIONI DIDATTICHE Il programma proposto non va inteso in senso assiomatico: i possibili percorsi didattici sono molteplici e vanno individuati in termini di programmazione didattica pluridisciplinare, ferma restando la necessità di verificare l'acquisizione dei prerequisiti, riproposti e/o precisati al paragrafo 0 del programma del terzo anno. All'inizio del triennio di indirizzo si prospetta infatti per un verso la necessità di uniformare la preparazione degli allievi provenienti dal biennio; d'altro canto si presenta l'esigenza di svolgere un'azione di rinforzo ed eventualmente anche di sistematizzazione dei fondamenti della disciplina. E' parso pertanto opportuno inserire al terzo anno un paragrafo preliminare, denominato "paragrafo zero", che riguarda contenuti-prerequisiti, che il docente svolgerà completamente o in parte, in relazione alla situazione di partenza della classe. Il ricorso ai modelli, proposti per l'atomo al paragrafo 2 e per le molecole al paragrafo 3, costituisce un salto di qualità il cui spessore va calibrato con il contesto reale del quale il modello stesso finisce per fornire una immagine sintetica; questo è tanto più vero per i modelli di struttura atomica e molecolare. In particolare, per quanto concerne la strutturistica si suggerisce di adottare inizialmente il modello VSEPR, riservando alla trattazione qualitativa del modello orbitalico, effettuata in un secondo momento, la funzione di teoria che razionalizza i fatti osservati ed accresca le possibilità previsionali soprattutto in materia di spettri molecolari. Il programma deve fornire le basi e i fondamenti della disciplina e quindi, fin dall'inizio prevede un primo approccio all'interazione materia-energia radiante; anche la parte di cinetica costituisce un primo approccio al problema che sarà rivisitato poi al quinto anno in termini microscopici più approfonditi. E' utile sottolineare la novità costituita dallo studio della struttura dei problemi chimici che viene inserita fin dall'inizio nel programma del terzo anno, ma che deve pervadere tutto il corso con uno sviluppo progressivo che il docente dovrà commisurare alle abilità degli allievi. Questo costituisce non solo il recupero di un'area formativa in passato appannaggio di SISTEMI, ma sottolinea ancora di più il ruolo di "asse culturale" attribuito alla Chimica Fisica nell'ambito del progetto Deuterio . Si prevede che anche una parte delle ore di laboratorio possa essere utilmente impiegata per questo scopo soprattutto quando si tratti di produrre dei listati allo scopo di passare dalla struttura dei problemi chimici all'algoritmo finalizzato all'uso del PC. Naturalmente questa parte dovrà portare l'allievo a riconoscere l'architettura comune propria dei problemi chimici che vanno dalla stechiometria, alla Chimica Fisica, alla sintesi organica (retrosintesi) e che consente di riconoscere un comune approccio metodologico (impostazione) e un comune assetto risolutivo (calcolo, criteri di controllo). Ancora una volta la programmazione pluridisciplinare dovrà contribuire a trovare i giusti momenti di raccordo con gli insegnamenti affini. Il programma del quarto anno prevede in particolare di affrontare la termodinamica chimica, gli stati di aggregazione e l'interazione radiazione-materia da un punto di vista chimico-fisico. Per la parte relativa ai gas si può osservare che i problemi relativi si inseriscono nell'asse del problem-solving già trattato al terzo anno. Non sono da sottovalutare le difficoltà che gli allievi incontrano nello studio della Termodinamica quando si usi il linguaggio formale della matematica: la posticipazione della parte termodinamica rispetto a quella relativa agli stati di aggregazione, propedeutica al corso di Tecnologie Chimiche Industriali, Automazione ed Organizzazione Industriale, favorisce un raccordo più stretto con quest'ultima disciplina. E' utile riproporre i punti 1.5 e 1.6 alla fine della trattazione della Termodinamica, quando possono essere letti ed interpretati sotto questo profilo. Il tema "Interazione tra materia ed energia radiante" può essere affrontato anche in connessione con "Generalizzazione della interpretazione molecolare dell'energia interna" (cfr. punto 2.3). Così facendo il tema verrebbe proposto in parallelo allo sviluppo del programma "Analisi chimica generale ed elaborazione dati" che si occupa della Spettrofotometria. Il "principio zero" e la scala di temperature assolute, collegati alle tematiche dei gas ideali, affrontate anche da un punto di vista intuitivo (lettura ed interpretazione di grafici) possono portare ad introdurre precocemente la relazione del rendimento, al fine di proporre la scala delle temperatura Kelvin. Subito dopo ci si potrebbe dedicare alla Teoria Cinetica dei gas, sviluppandone la dimensione formale e concettuale, quest'ultima legata alla equazione statistica di Boltzmann. Le fasi dedicate allo studio delle trasformazioni, attraverso la valutazione dei _U e _H, i concetti di capacità termica e di calore specifico, costituiscono un salto di qualità sul piano del linguaggio matematico che consente la distinzione formale, oltre che concettuale, tra le trasformazioni reali e quelle ideali. Con le premesse della teoria cinetica e della termodinamica, diventa più semplice passare allo studio dei moti molecolari e dei gradi di libertà per illustrare l'interpretazione chimico-fisica degli spettri. E' importante sottolineare il legame tra la capacità termica dei liquidi e dei solidi e la spettroscopia (legame tra Cv dei solidi ed energia vibrazionale). Resta aperta la possibilità di introdurre il secondo principio e l'entropia per via classica o statistica. Al quinto anno le linee programmatiche proposte spaziano su un ampio ventaglio di argomenti. Sarà cura del docente, in relazione alla programmazione, decidere il peso e l'ampiezza delle diverse parti. Tale decisione potrà riguardare in particolare i due paragrafi dedicati alla termodinamica statistica e alla elettrochimica: il primo ha lo scopo di conferire un utile apporto culturale, tipico della chimica-fisica, ma apre anche prospettive su altre discipline chimiche (si pensi ai concetti di risonanza e stato di transizione che riguardano la chimica organica) e consente un passaggio senza soluzione di continuità alla cinetica; il secondo, riguardante l'elettrochimica, dovrebbe essere orientato soprattutto allo studio teorico dei sistemi elettrochimici in connessione con le basi termodinamiche della legge di Nernst e con la teoria degli equilibri. Non si esclude una soluzione che ribalti questa logica riducendo il paragrafo della statistica a vantaggio di quello della elettrochimica. Il contenuto specifico offerto dal capitolo dedicato alla termodinamica statistica non è tanto quello di riprendere gli argomenti legati al secondo principio della termodinamica, già affrontato al quarto anno, quanto piuttosto di sviluppare ulteriormente il punto di transizione tra gli aspetti termodinamici e cinetici, rappresentato dall'equazione di Boltzmann. Quest'ultima va qui ripresa all'interno del proprio specifico contesto di definizione statistica. Inoltre, poiché è già stata definita la relazione tra la funzione di Gibbs e l'equilibrio chimico (isoterma di Van't Hoff), è chiaro che è già stata presa in esame la dipendenza della funzione G dalla composizione del sistema; il punto 1.4 serve dunque per ribadire questa dipendenza, quale premessa per i paragrafi seguenti. Sono comunque fondamentali e meritevoli di trattazione approfondita i paragrafi relativi agli equilibri e alla cinetica: il primo collega teoria e calcolo in relazione ai processi industriali, mentre il secondo correla la cinetica chimica ed enzimatica, con importanti processi industriali classici e biotecnologici. A conclusione del corso è utile riprendere in sintesi quegli aspetti della disciplina che costituiscono fondamento per "analisi chimica strumentale e tecnica" (interazione radiazione-materia), ma anche per "chimica industriale" (termodinamica applicata ai processi), oltre agli agganci con "chimica organica" e con "biochimica" già indicati. L'uso di schemi a blocchi e di diagrammi di flusso che scandiscano l'itinerario didattico potrebbe favorire un efficace lavoro di insegnamento /apprendimento.
CHIMICA ORGANICA, BIO-ORGANICA, DELLE FERMENTAZIONI E LABORATORIO
FINALITA' Il corso è finalizzato: · all'acquisizione di una conoscenza razionale dei principi sui quali si basa la chimica dei derivati del carbonio e della loro reattività attraverso l'esame dei meccanismi di reazione fondamentali; · all'apprendimento dei metodi di sintesi, separazione, purificazione ed identificazione delle sostanze organiche; · alla comprensione del ruolo della chimica organica nei processi biologici. · Per la parte relativa alla classe quinta il corso mira ad assicurare la corretta comprensione dei fenomeni microbiologici e fermentativi anche sotto l'aspetto del bilancio energetico, oltre che della conduzione e controllo della produzione di materiali utili. OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO Il corso mira a fornire una mentalità critica e scientifica, un uso razionale delle capacità mnemoniche favorendo l'abilità di applicare le conoscenze teoriche alla risoluzione dei problemi. Ciò significa superare il limite della sola "esecuzione manuale" di operazioni che, così facendo, sarebbero finalizzate al semplice addestramento. Mentalità critica e scientifica ad un tempo costituiscono un obiettivo di alto livello; esso necessita di una sintesi tra operatività mentale e manuale: la prima si esplica nella progettazione di un esperimento, nel controllo razionale-intuitivo delle fasi di esecuzione e calcolo e nella fase di valutazione dei risultati; la seconda si esplica nella vera e propria esecuzione dell'esperimento (montaggio corretto dell'apparecchiatura e manualità specifica nella varie fasi di lavoro). In tutti i casi le esercitazioni pratiche dovranno essere eseguite nel pieno rispetto delle norme di sicurezza e di tutela dell'ambiente. A questo proposito, per motivare e migliorare le qualità operative degli allievi, si consigliano esercitazioni individuali in scala ridotta o in microscala. La trattazione del chimismo di classi specifiche di composti di importanza industriale e di grande interesse biologico è propedeutica ai corsi di chimica delle fermentazioni e di tecnologie. Pertanto, al termine del curricolo delle classi terza e quarta, l'allievo dovrà essere in grado di: · riconoscere che il grandissimo numero di sostanze organiche è determinato dalla capacità di concatenarsi degli atomi di carbonio; · collegare il fenomeno dell'isomeria di struttura alle proprietà fisiche e chimiche dei composti isomeri; · correlare la struttura funzionale e spaziale delle molecole con le proprietà fisiche e chimiche; · prevedere il comportamento delle sostanze organiche e bio-organiche in determinate condizioni di reazione, utilizzando modelli generali di reattività (meccanismi di reazione); · correlare la struttura delle molecole organiche con le funzioni biologiche, con particolare riferimento all'azione catalitica degli enzimi e alla cinetica enzimatica; · realizzare sintesi di semplici composti; · effettuare separazioni, purificazioni e caratterizzazione dei composti organici e bioorganici più comuni; · calcolare il bilancio energetico di un ciclo biologico assegnato. Al termine della classe quinta, l'allievo dovrà essere in grado di: · definire le principali caratteristiche funzionali dei microorganismi impiegati nei processi fermentativi industriali; · preparare, nei casi di più generale applicazione, il terreno colturale adatto alla crescita di microorganismi; · descrivere i processi di fermentazione evidenziando i passaggi cruciali e pianificando i controlli dei principali parametri; · eseguire un ciclo fermentativo assegnato. CONTENUTI Classe terza [5 (3) ore] · Il carbonio e i suoi composti. Analisi elementare dei composti organici. Legami semplici e multipli e modelli interpretativi. Struttura del metano e di molecole analoghe (ammoniaca e acqua). Struttura di molecole con doppi e tripli legami. · Alcani e cicloalcani: omologia, isomeria (di posizione, conformazionale, configurazionale), regole generali e nomenclatura IUPAC, proprietà fisiche, alogenazione radicalica degli alcani e relativo meccanismo di reazione. Combustione: aspetto ossido-riduttivo. Il petrolio quale fonte industriale di idrocarburi. · Reattività e meccanismi di reazione: acidi e basi di Brönsted e di Lewis; reagenti nucleofili ed elettrofili. Scissione eterolitica ed omolitica dei legami: carbocationi, carbanioni e radicali liberi. Fattori che influenzano la reattività delle molecole organiche: effetti elettronici e sterici. · Alcheni, alchini e polieni: isomeria cis-trans (E,Z) e regole di priorità; nomenclatura e proprietà fisiche. Reazioni di addizione al doppio e al triplo legame: meccanismi di addizione elettrofila e radicalica. Dieni e reazione di Diels-Alder. I modelli interpretativi della delocalizzazione elettronica nei dieni coniugati e nei polieni. · Idrocarburi aromatici: struttura del benzene e modelli interpretativi dell'aromaticità; alchilbenzeni e areni policiclici. Sostituzioni elettrofile aromatiche (meccanismo), sostituenti attivanti e disattivanti e orientazione nelle sostituzioni aromatiche. · Alogenuri e reattivi di Grignard: proprietà fisiche e nomenclatura; reazioni di sostituzione nucleofila Sn1 ed Sn2; reazioni di eliminazione E1 ed E2. Reattivi di Grignard e loro uso nella sintesi organica. · Alcoli, fenoli ed eteri: nomenclatura, metodi di preparazione e proprietà fisiche. Chimismo del gruppo OH. Tioli, solfuri, eterociclici ossigenati e solforati (cenni). · Ammine ed eterocicli azotati: nomenclatura, preparazione, proprietà fisiche e chimiche. Sali di diazonio e azocomposti. Eterociclici azotati (cenni). · Aldeidi e chetoni: nomenclatura, metodi di preparazione e proprietà fisiche. Reazioni di addizione nucleofila e relativo meccanismo. Tautomeria. Condensazione aldolica, reazione di Cannizzaro, reazione di Wittig e trasposizione di Beckmann. Laboratorio Norme di sicurezza - Principali saggi fisici di caratterizzazione dei composti organici (punto di fusione, punto di ebollizione, solubilità, indice di rifrazione ecc.). Analisi elementare qualitativa: ricerca di carbonio, azoto, zolfo, fosforo, alogeni. Riconoscimento dei principali gruppi funzionali anche con metodi spettrofotometrici (teoria ed applicazioni dell'IR). Separazione di miscele (con solventi, per distillazione, cristallizzazione, cromatografia, ecc.). Classe quarta [6 (3) ore] · Acidi carbossilici e derivati: nomenclatura, metodi di preparazione e proprietà fisiche. Sostituzione nucleofila acilica: reazione di esterificazione, reazione di saponificazione, condensazione di Claisen. Composti polifunzionali di interesse biochimico. · Chiralità ed attività ottica: enantiomeri, diastereoisomeri, racemi e mesoforme. Configurazione assoluta (R,S). Separazione chimica e biochimica degli antipodi ottici. · Macromolecole e reazioni di polimerizzazione: poliaddizione radicalica, cationica, anionica e di coordinazione; policondensazione; copolimerizzazione e reticolazione. Principali monomeri e polimeri. · Lipidi: origine e composizione; gliceridi e fosfogliceridi, lipidi strutturali delle membrane cellulari. Saponi, tensioattivi sintetici: struttura ed attività. · Glicidi: aldosi e chetosi, proprietà chimiche e fisiche. Stereochimica degli zuccheri: formule di Fischer, formule di Haworth e conformazioni a sedia, le prove di Fischer sulla struttura del glucosio. Principali biosi e poliosi di interesse biochimico e industriale. · Amminoacidi (proprietà chimiche e fisiche). Proteine: classificazione e attività biologica. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Punto isoelettrico ed elettroforesi. Sintesi in fase solida di polipeptidi e proteine.Alcune proteine di maggior interesse biologico. · Enzimi: classificazione, cinetica enzimatica, inibizione, enzimi regolati e regolatori. · Acidi nucleici. Elementi di sintesi proteica. · Metabolismo dei glicidi e dei lipidi: i grandi cicli metabolici. Cenni sul metabolismo delle proteine. Laboratorio Sintesi: progettazione di sintesi organiche riferite alle reazioni studiate (per esempio, reazioni di riduzione, di ossidazione, di nitrazione, di condensazione, di esterificazione, ecc.). Polarimetria, rifrattometria e spettrofotometria IR. Sintesi di polimeri. Dosaggio di lipidi, glucidi e protidi. Determinazione dell'attività enzimatica (aspetti cinetici). Separazione, dosaggio e identificazione di proteine per elettroforesi. Classe quinta [3 (2) ore] · Il regno dei protisti e la struttura dei microorganismi: cellula eucariotica, cellula procariotica. Struttura e composizione chimica della parete cellulare dei microorganismi procarioti. · Moltiplicazione dei microorganismi e fattori che influenzano lo sviluppo microbico: temperatura, pH, pressione osmotica, concentrazione salina, viscosità e sensibilità alla turbolenza. Terreni e sostanze nutritive che influenzano la crescita dei microorganismi. · Respirazione e fermentazione dei microbi: respirazione aerobica e anaerobica, fermentazione, O2 disciolto e CO2 disciolta e loro influenza sul metabolismo.Cenni di ingegneria genetica: il codice genetico e le mutazioni microbiche, agenti mutageni e mutazioni indotte. · Processi microbici di interesse industriale ed alimentare: lieviti e fattori che ne influenzano lo sviluppo, chimismo della fermentazione alcolica e metanica; esempi di produzione chimica industriale scelti tra quelli ottenibili tramite batteri lattici omo ed etero fermentanti, batteri sporigeni, enterobacteriaceae, pseudomonadaceae, batteri propionici e corinebatteri. · Attinomiceti. Funghi: ciclo riproduttivo dei funghi e classificazione, condizioni per la crescita miceliare, processo di produzione di antibiotici, produzione della penicillina. · Bioconversioni. Enzimi e cellule immobilizzati: applicazioni industriali. Laboratorio Allestimento e sterilizzazione dei materiali. Uso del microscopio. Tecniche di colorazione: preparazione dei vetrini e colorazione di Gram. Terreni di coltura e semina. Tecniche di isolamento ed identificazione delle colture pure. Determinazione della carica batterica. Processo di produzione di un antibiotico o di altro prodotto terapeutico: montaggio del fermentatore, preparazione e sterilizzazione del terreno, preparazione dell'inoculo, controllo dei parametri della fermentazione. INDICAZIONI DIDATTICHE L'insegnamento di Chimica Organica, Bio-organica, delle Fermentazioni e laboratorio non può prescindere da un approccio sistematico che prevede una panoramica significativa delle principali classi di composti organici. Allo scopo di non ridurre i contenuti ad un esame monotono della complessa casistica preparativa delle sostanze organiche, è necessario che venga posta enfasi sugli aspetti reattivi, esaminando nell'ambito della trattazione dei gruppi funzionali, le grandi categorie delle reazioni organiche: addizione, sostituzione, ecc. In questa ottica e per facilitare l'apprendimento, si consiglia di far ricorso a dimostrazioni in classe (per esempio, presentando i più semplici saggi di riconoscimento dei gruppi funzionali) e all'uso dei modelli molecolari. L'esame di specifici meccanismi dovrà essere limitato a situazioni di particolare rilevanza didattica e/o a processi di sintesi che si ritengano fondamentali; in tutti i casi esso deve riferirsi a casi sperimentalmente provati. La presentazione della struttura dei composti organici, fatta ricorrendo al modello VSEPR o a quello orbitalico, in stretto collegamento con Chimica Fisica, sarà finalizzato allo studio delle diverse isomerie (di catena, conformazionale, geometrica, ottica, ecc.). Lo studio sistematico della struttura e della reattività dei composti organici deve costituire premessa essenziale per la biochimica, per la quale, nella seconda frazione del quarto anno e nell'ultimo anno di corso, l'insegnante avrà cura di mettere in risalto gli aspetti cinetici delle reazioni che, assieme a quelli termodinamici, costituiscono il fondamento dei processi biochimici e fermentativi. Ci sono almeno due ragioni che giocano in favore del laboratorio di Chimica Organica, Bioorganica e delle Fermentazioni: innanzitutto, per rendere consapevoli gli studenti del fatto che le reazioni e i processi fermentativi, descritti in classe, possono essere realizzati in laboratorio, in secondo luogo per l'addestramento all'uso delle tecniche di isolamento, di analisi e di sintesi, tipiche di questo laboratorio. "Pensa prima di agire" è la regola d'oro per chi si accinge a compiere un'attività pratica. Insegnare agli allievi a pensare, mentre manipolano qualcosa è come estrarre le regolarità dai fatti sperimentati; è un compito difficile, ma di grande valenza educativa. L'esecuzione di una metodica non può rappresentare lo scopo principale delle esperienze di laboratorio. Il docente deve tendere ad abituare gli allievi a dotarsi di metodi adatti per ricercare e trovare la risposta probabile e corretta ad una serie di questioni più o meno complesse. Troppo sovente, il laboratorio mostra quello che i chimici organici fanno con le proprie mani, ma non quello che fanno col proprio cervello. Infine, è necessario sviluppare negli allievi la capacità di descrivere per iscritto, di raccontare, di fare, di ricordare. In linea con quanto detto, il laboratorio tenderà ad un approccio tipo problem solving che, nella classe terza deve condurre l'allievo, attraverso tecniche analitiche spettrofotometriche (IR), determinazioni di costanti fisiche (punto di fusione, punto di ebollizione, indice di rifrazione) e saggi di reattività dei gruppi funzionali, alla identificazione di sostanze incognite, graduando opportunamente la complessità dell'indagine. E' importante che gli allievi si misurino con il problema della separazione dei componenti di una miscela (per esempio, acido benzoico, paratoluidina, diclorobenzene) eseguita, eventualmente, in scala ridotta. Le tecniche in scala ridotta o in microscala sono da consigliare per motivi di sicurezza, per la velocità di esecuzione (si riescono a fare più esercitazioni in un turno di laboratorio) e per l'economia di gestione. Per la quarta classe le preparazioni dei composti organici devono porre allo studente il problema di decidere fra le diverse vie sintetiche, graduandone la complessità dai livelli più bassi ai livelli più alti e privilegiando quei processi di sintesi che meglio mettono in luce la logica propria della chimica organica. Per ridurre il carico di lavoro in laboratorio, A.H. Johnstone suggerisce di far organizzare in anticipo agli studenti lo schema della prova. Invece di fornire la metodica dettagliata di una sintesi, il docente potrebbe chiedere all'allievo di progettarne le fasi secondo la logica retroattiva (retrosintesi), già affrontata in Chimica-Fisica e di calcolare, a casa, le quantità dei reagenti, quando si desideri ottenere un dato quantitativo di prodotto con una certa resa percentuale. Gli studenti, dopo aver individuato l'itinerario della sintesi ed i meccanismi di reazione e dopo aver effettuato i relativi calcoli, potrebbero discuterli con il docente prima di iniziare l'esperimento. Tale strategia didattica consentirebbe di comprendere a fondo l'esperimento e di organizzare al meglio il lavoro in laboratorio. Per la classe quinta le esercitazioni di laboratorio devono portare lo studente alla graduale comprensione e pratica attuazione di un processo fermentativo completo: per esempio la preparazione di un antibiotico con il controllo dei principali parametri che la fermentazione prevede.
ANALISI CHIMICA, ELABORAZIONE DATI E LABORATORIO
Questa disciplina, che si articola su un intero ciclo triennale, presenta nella sua prima fase tutte le caratteristiche di base culturale, ad alto valore formativo, per evolversi poi gradualmente nel corso del triennio, verso contenuti sempre più applicativi e professionalizzanti. Le finalità del corso interessano pertanto sia l'ambito scientifico generale sia gli aspetti più strettamente legati all'inserimento nel mondo del lavoro, dando uno specifico contributo alla costruzione della figura professionale del perito chimico. In particolare si ritiene essenziale: · fornire le basi teoriche fondamentali in ordine al comportamento degli ioni in soluzione, con particolare riferimento agli equilibri chimici, esaminati anche sotto il profilo stechiometrico; · trattare le principali tecniche di analisi quali-quantitativa, strumentali e non, sotto i diversi aspetti applicativi ed anche economici e legislativi; · far acquisire le necessarie abilità operative; · proporre un approccio sequenziale alla strumentazione, evidenziando l'importanza del suo uso corretto e consapevole (controlli, manutenzione, valutazione delle prestazioni); · far costante riferimento alla necessità di valutare ed elaborare i dati raccolti, facendo adeguato uso di software applicativi; · insegnare una corretta metodologia per la stesura di una relazione scientifica; · prendere in esame le diverse fasi del processo analitico evidenziandone, attraverso un approccio sistemico, tutti gli aspetti decisionali e le interconnessioni con altre discipline; · fornire, in ultima analisi, un metodo di lavoro e la capacità di assumere decisioni autonome. OBIETTIVI Obiettivo generale del corso sarà la comprensione, da parte dell'allievo, dell'intero processo analitico come progressiva sequenza decisionale. In questa prospettiva l'allievo dovrà essere in grado di: · prelevare campioni secondo le opportune metodiche; · scegliere la tecnica analitica in funzione dei risultati richiesti, in termini di precisione, accuratezza ed economicità; · scegliere il metodo di misura tenendo conto del numero delle analisi, delle interferenze, ecc.; · trattare il campione con gli opportuni reagenti e apparecchiature; · eseguire l'analisi nell'ambito delle norme di sicurezza e di rispetto dell'ambiente, nonché sulla base delle necessarie operazioni di controllo sugli strumenti utilizzati; · elaborare e presentare i dati analitici. · conoscere la strategia essenziale per la messa a punto di un metodo di analisi. CONTENUTI Classe terza [8 (6) ore] 1. Introduzione alla chimica delle soluzioni 1.1 Concetto di mole. 1.2 Composizione percentuale e formula minima. 1.3 Reazioni chimiche: bilanciamento e rapporti ponderali. 1.4 Soluzioni: concentrazione e sue espressioni. 1.5 Concetto di reazione chimica e calcoli stechiometrici relativi a reazioni complete. 1.6 Titolazioni e concetto di punto di equivalenza. 2. Equilibrio chimico 2.1 Costante di equilibrio: Kc. 2.2 Principio dell'equilibrio mobile. Fattori che influenzano l'equilibrio in soluzione. 2.3 Previsioni qualitative sul decorso delle reazioni. 3. Equilibri eterogenei 3.1 Solubilità e prodotto di solubilità. 3.2 La precipitazione. 3.3 Effetto dello ione a comune. 3.4 Interazione tra ioni. Cenni sulla teoria Debye-Hückel. Attività. Effetto sale. 3.5 Analisi volumetrica per precipitazione, tenendo anche presenti i sistemi colloidali. 4. Equilibri acido-base 4.1 Acidi e basi (Arrenhius e Brönsted). 4.2 Equilibrio di ionizzazione dell'acqua (autoprotolisi). Definizione e scala di pH. 4.3 Elettroliti forti e deboli. Calcolo delle concentrazioni di H3 0+ . 4.4 Reazioni tra acidi e basi forti. Reazioni con acidi o basi deboli. 4.5 Titolazioni e calcolo del pH al punto di equivalenza. Indicatori di pH. 4.6 Soluzioni tampone. 4.7 Curve di titolazione e loro calcolo teorico per punti. 4.8 pH e solubilità. 5. Equilibri redox; 5.1 Reazioni redox di interesse analitico (uso qualitativo della serie elettrochimica) e utilizzazione dell'equazione di Nernst. 5.2 Titolazioni di ossidoriduzione. 6. Complessometria. Composti di coordinazione e loro impiego nell'analisi. 7. Acquametria, finalizzata al concetto di "residuo secco". 8. Analisi qualitativa. 8.1 Solubilizzazione delle sostanze. 8.2 Condizioni generali di precipitazione e di ridissoluzione. 8.3 Analisi del residuo insolubile. 8.4 Fondamenti di analisi sistematica e reazioni analitiche degli ioni. Laboratorio · Introduzione al laboratorio (norme generali di sicurezza, organizzazione topografica, strumentazione di base, vetreria, reagenti e relativa etichettatura). · Tecnica della pesata e concetto di misura. · Taratura della vetreria (per pesata). · Schema generale di stesura delle relazioni (modello tipo "flow chart"). · Preparazione di soluzioni titolate. · Analisi quantitative ponderali. · Analisi quantitative volumetriche: acidimetria, ossidimetria, precipitazione, complessometria, con eventuale registrazione delle curve potenziometriche, senza particolari approfondimenti strumentali. · Analisi qualitative, superando in certa misura la sistematica tradizionale e facendo ricorso per quanto possibile ad agenti precipitanti non tossici, quali idrossidi, cloruri e solfati. Classe quarta [6 (4) ore] 1. Metodi elettrochimici Elementi di potenziometria, analisi elettrolitica, voltammetria e conduttimetria, con particolare attenzione agli aspetti applicativi piuttosto che agli aspetti teorici. 2. Metodi ottici di emissione Emissione di energia raggiante. Spettri di emissione. Lunghezza d'onda, intensità e ampiezza delle righe spettrali. Spettrografia. Fotometria di fiamma. Spettrofotometria di emissione a plasma. 3. Metodi ottici di assorbimento Natura della radiazione e sua interazione con la materia. Livelli energetici. Transizioni elettroniche e vibrorotazionali. Bande di assorbimento dei cromofori. Effetto dei sostituenti e del solvente. Legge di Beer e i suoi scostamenti. Analisi qualitativa e quantitativa. Colorimetria. Spettrofotometria di assorbimento atomico. Spettrofotometria ultravioletta. Spettrofotometria infrarossa. 4. Metodi cromatografici Principi teorici generali. Meccanismi di separazione: adsorbimento, ripartizione, esclusione, scambio ionico, affinità - Prestazioni di un sistema cromatografico: selettività, efficienza, risoluzione, capacità, riproducibilità, tempi di lavoro. Cromatografia in fase liquida. Cromatografia in fase gassosa. Laboratorio · Puntualizzazioni sui concetti fondamentali della teoria della misura (valore vero, valore medio, errore assoluto e relativo) e dei parametri di valutazione delle analisi (accuratezza, precisione, sensibilità, limite di rivelabilità, linearità, rapporto segnale/disturbo). · Approccio di base al "sistema" strumento, con specifiche esercitazioni riguardo a: a) attivazione e funzionamento; b) riconoscimento delle caratteristiche e delle prestazioni; c) ottimizzazione dei parametri strumentali; d) registrazione ed interpretazione di diagrammi strumentali (cromatogrammi, spettri, ecc.); e) controllo degli strumenti attraverso operazioni di taratura e di misura; f) riconoscimento, ad un primo livello elementare, della problematica delle interferenze. · Costruzioni di curve di taratura su carta millimetrata e, solo in un secondo tempo, ottimizzate al calcolatore previa introduzione del concetto di regressione; · Ampliamento e codificazione dei concetti generali, in ordine alla stesura di una relazione scientifica. Le esercitazioni pratiche sulla strumentazione, associate alle principali tecniche di analisi trattate in sede teorica, avranno come oggetto situazioni che non presentino particolari problemi di interferenze né di attacco o trattamento troppo elaborato del campione. Classe quinta [8 (8) ore] Parte generale 1. Il processo analitico come sequenza decisionale inserita in un approccio sistemico 1.1 Inquadramento del problema dal punto di vista non solo strettamente chimico (componenti maggioritari e minoritari del campione, distinguendo fra analita e matrice), ma anche merceologico, legislativo, ambientale, ecc. 1.2 Scelta della tecnica analitica ritenuta più adatta, in base a criteri di precisione, tempo, economicità, ecc. 1.3 Scelta del metodo di misura (curva di titolazione semplice o in derivata, curva di taratura, aggiunte, standard interno o esterno, ecc.). 1.4 Campionamento, trattamento ed eventuale attacco del campione. 1.5 Esecuzione dell'analisi. 1.6 Interpretazione ed elaborazione dei dati analitici, al fine di esprimere una valutazione sul campione in esame, anche in relazione , per quanto possibile, agli aspetti giuridici e normativi. 1.7 Presentazione dei risultati 2. Teoria della misura ed elaborazione dati 2.1 Richiami sulla teoria della misura.Errore assoluto e relativo; sistematico e casuale. Propagazione dell'errore. 2.2 Statistica applicata all'elaborazione dati.Distribuzioni di frequenza e probabilità. Le misure come variabili casuali. Espressione dei risultati e limiti di fiducia. Scarto dei risultati anomali. Confronto di medie e varianze. Interpretazione statistica dei parametri di valutazione delle misure: sensibilità, specificità, accuratezza, precisione ecc.. 2.3 Analisi statistica bivariata. Correlazione. Regressione lineare e non lineare. Interpolazione. Metodo dei minimi quadrati. Applicazione alle curve di risposta strumentali.Cenni di analisi statistica multivariata. 2.4 Trattamento automatico dei dati.Il computer e il laboratorio chimico. Interfacciamento alla strumentazione analitica. Software generale e speciale. Sistemi dedicati e a gestione totale. Esempi di programmazione per l'analisi chimica. 3. Problematica generale dell'analisi 3.1 Esame comparativo delle diverse tecniche (strumentali e non) a disposizione per l'analisi e criteri di scelta. 3.2 Confronto fra i possibili metodi di misura e criteri di scelta. 3.3 Campionamento: criteri principali. 3.4 Trattamento e/o attacco del campione: metodi principali 3.5 Correlazione fra diversi parametri analitici in vista della presentazione dei dati e dell'eventuale giudizio sul campione. 3.6 Problematiche delle analisi "on line" nei cicli produttivi e/o durante trattamenti tecnologici. 3.7 Approccio alle problematiche riguardanti la messa a punto di un metodo di analisi in funzione delle esigenze di una determinata applicazione analitica (validazione del metodo) : valutazione delle caratteristiche principali in termini di parametri analitici quali accuratezza, limite di rivelabilità, sensibilità, riproducibilità, ecc. 3.8 Criteri di "qualità" nelle analisi e introduzione al concetto di "certificazione". Parte speciale Si suggerisce la trattazione di alcuni fra i seguenti temi: 1. analisi delle acque potabili e industriali 2. analisi dei metalli e delle leghe 3. analisi dei combustibili e dei lubrificanti 4. analisi bromatologiche (bevande alcoliche, zuccheri, oli e grassi, ecc.) 5. analisi collegate agli inquinamenti ambientali e alle problematiche dei rifiuti. Altri argomenti potranno essere scelti in funzione delle esigenze locali. Laboratorio Le esercitazioni relative alla parte introduttiva generale hanno come substrato la conoscenza della analisi classica e strumentale già acquisita negli anni precedenti e si propongono come obiettivo principale l'applicazione dei metodi statistici all'elaborazione dei dati analitici. I numerosi dati disponibili vengono utilizzati per il calcolo di medie, varianze, limiti fiduciali; si costruiranno istogrammi e curve di distribuzione; si studierà la correlazione dei dati; si tracceranno rette di regressione e interpolanti; si farà uso dei test statistici per lo scarto di valori anomali e per il confronto fra procedure analitiche e/o strumenti. Il software necessario, disponibile sul mercato, in qualche semplicissimo caso può essere integrato con altro redatto con la partecipazione degli studenti. Le esercitazioni relative alla parte speciale si possono distinguere nei seguenti tipi: · esecuzione di analisi su campioni certificati, eventualmente anche a livello individuale. Queste esercitazioni consentono, tra l'altro, di valutare meglio di altre i risultati ottenuti dagli allievi; · esecuzione di analisi su campioni naturali e industriali, che presentino particolare interesse dal punto di vista analitico, merceologico ecc.; · studio statistico delle interferenze da elementi estranei e dell'influenza di determinati parametri strumentali nella determinazione di sostanze in matrici più o meno complesse; · studio comparativo di metodiche e relativa elaborazione statistica dei risultati, allo scopo di quantificare i parametri che ne determinano l'affidabilità. INDICAZIONI DIDATTICHE 1. Criteri generali L'insegnamento dell'analisi chimica richiede una attenta integrazione fra teoria e pratica. Dovrà quindi essere impostato in modo da non appesantire eccessivamente l'aspetto teorico, collegando gli elementi essenziali della chimica delle soluzioni ai principi generali dei metodi di analisi, che dovranno essere privilegiati rispetto alla ripetitiva descrizione di analisi diverse ma riconducibili allo stesso principio. Questo, nell'intento di mettere l'allievo in condizione di affrontare problemi che solo in apparenza sono diversi da quelli già incontrati. Analogamente, per le analisi applicate non si potrà né si dovrà addivenire ad una trattazione teorica e pratica di tutti i vari prodotti merceologici industriali, naturali, ecc.; si darà tuttavia un quadro generale, il più possibile esauriente, relativo ad alcuni settori tra i più significativi, anche in relazione ad esigenze locali. Inoltre, le esercitazioni di laboratorio dovranno essere selezionate e organizzate in modo da costituire una valida e mutua integrazione con la parte teorica, non limitandosi a considerarle come momento di verifica sperimentale di quanto appreso in teoria, ma anche, ove possibile, come strumento base per ricavare leggi, principi teorici e modelli a partire dall'esperienza. Si ritiene importante che l'introduzione al laboratorio avvenga sulla base di opportune prove preliminari sottese alla verifica del possesso dei prerequisiti essenziali, anche sotto il profilo della sicurezza personale e ambientale. L'adozione di opportuni "test d'ingresso" viene considerata comunque ampiamente auspicabile anche in sede teorica. Il problema delle verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite presenta, relativamente al corso di analisi, una particolare specificità, in quanto richiede di stabilire nel contempo: · il livello delle conoscenze teoriche acquisite e la capacità di argomentare adeguatamente i temi proposti; · la capacità di stendere relazioni di lavoro ben strutturate e documentate, partendo dall'approccio al problema, per finire con la elaborazione dei dati raccolti e la loro presentazione, facendo ricorso ad utili schemi a blocchi riferiti al processo analitico nel suo complesso o anche a parti di esso; · l'acquisizione delle abilità essenziali relative al laboratorio, inteso non solo come una semplice sequenza di operazioni sostanzialmente manuali, ma soprattutto come attuazione pratica di capacità progettuali assistite da un'adeguata autonomia di elaborazione. 2. Indicazioni specifiche per la classe terza Il programma è da intendersi propedeutico rispetto a quelli degli anni seguenti, in particolare a quello del quinto anno, destinato ad introdurre l'allievo nel vivo della pratica professionale. E' essenziale perciò che, durante il terzo anno, i concetti che sono alla base della comprensione teorica dello svolgimento delle reazioni e le tecniche fondamentali di base siano compiutamente acquisiti. A questo proposito, è fondamentale il fatto che l'insegnamento si avvalga del corso parallelo di chimica-fisica, al quale compete maggiormente la trattazione teorica approfondita di alcuni argomenti fondamentali mentre il corso di Analisi ha il compito di evidenziarne gli aspetti di immediato interesse applicativo. Obiettivo primario del terzo anno sarà dunque l'acquisizione dei principi e delle abilità operative fondamentali riguardanti i metodi di analisi quantitativa: acidimetria, ossidimetria, complessometria, argentometria, gravimetria e acquametria con accenni, se possibile, alle titolazioni in ambiente non acquoso. Per l'analisi qualitativa il punto di riferimento dovrà essere lo studio del comportamento dei principali ioni in soluzione, presupposto della loro separazione e del relativo riconoscimento. Sul piano strettamente didattico, d'altra parte, sono ben note le difficoltà insite nell'insegnamento della chimica qualitativa e quantitativa, tanto più accentuate quanto più limitato è il tempo disponibile. Pertanto, ferma restando la prospettiva di una sempre migliore compenetrazione fra i due aspetti dell'analisi, si ritiene di particolare importanza un corretto approccio al laboratorio e quindi l'acquisizione precoce delle abilità necessarie. Per questi motivi è preferibile che l'aspetto quantitativo della reazione chimica e il possesso della tecnica d'uso di strumenti fondamentali (bilancia, burette, ecc.) vengano acquisiti precocemente. Il fatto che gli allievi, intorno alla metà dell'anno scolastico, sappiano usare gli strumenti di cui sopra con buona valutazione degli aspetti quantitativi delle reazioni ed abbiano una tecnica di lavoro precisa, permette di affrontare più speditamente il problema di una corretta esecuzione di manipolazione e reazioni chimiche. Ciò consente, nel corso delle successive lezioni dedicate all'analisi qualitativa, di dedicare maggiore spazio ai problemi teorici di interpretazione poichè quelli tecnici dovrebbero essere ormai in buona parte superati. 3. Indicazioni specifiche per la classe quarta Questo corso è destinato all'acquisizione di tutti i principali metodi fisici dell'analisi chimica quantitativa e qualitativa. Poiché tali metodi si basano su proprietà fisiche della materia, il corso in oggetto presuppone una buona conoscenza della chimica generale, della fisica e della chimica-fisica. Dato che obiettivo fondamentale di questo insegnamento è quello di condurre l'allievo ad una buona conoscenza generale del principio di funzionamento e dell'impiego dello strumento analitico, valutando appieno gli aspetti relativi al problema delle misure per ogni metodo di analisi trattato si prenderà in considerazione: · il principio fisico teorico su cui si fonda il metodo stesso; · lo schema di principio dello strumento ed il suo funzionamento; · i fondamenti e la esecuzione dell'analisi quantitativa e qualitativa; · l'influenza dei vari parametri chimico-fisici (es.: solvente, pH, viscosità, ecc.) sulla misura strumentale. Le esercitazioni pratiche dovranno essere organizzate in modo che lo studente: · riconosca le caratteristiche, le prestazioni, i comandi ed il funzionamento dello strumento in genere; · sia in condizione di eseguire correttamente le operazioni di taratura e di misura; · sappia opportunamente intervenire sui parametri strumentali disponibili al fine di ottimizzare le misure; · sia in grado di identificare e valutare, ad un primo livello, i problemi generali connessi con le interferenze (l'argomento sarà approfondito nella classe quinta); · sappia controllare l'efficienza dello strumento e valutarne i limiti. In genere, per non distogliere l'attenzione del discente dall'obiettivo didattico primario, le esercitazioni saranno eseguite, almeno in una prima fase, mediante campionamenti effettuati su prodotti chimici puri o su miscele standard, in modo da escludere tutte le problematiche relative al pretrattamento del campione e alle interferenze, tipiche dei prodotti tecnici o dei campioni reali , di competenza del corso successivo. Si ritiene inoltre fondamentale che fin dall'inizio del corso gli allievi comprendano la necessità di registrare i processi operativi ed i conseguenti risultati, ai fini della stesura della relazione sul lavoro svolto in laboratorio, adottando una Agenda di Laboratorio. Infine va segnalata, sul piano del sempre auspicabile coordinamento con gli altri insegnamenti, la possibilità di attuare un interessante sincronismo con il corso di Chimica Fisica, in funzione della trattazione del concetto di energia interna. Quest'ultimo infatti è da un lato strettamente correlato al 1º principio della termodinamica e dall'altro rappresenta un'importante base teorica per tutte le tecniche spettrofotometriche. 4. Indicazioni specifiche per la classe quinta Questo corso rappresenta la naturale conclusione dei corsi precedenti, destinati all'acquisizione dei fondamenti dei metodi di analisi. Tali metodi vengono qui ripresi e sviluppati nei loro aspetti applicativi di base, in modo da conferire a questo insegnamento la fisionomia di disciplina non specialistica, ma comunque certo professionalizzante. Particolare attenzione verrà rivolta al campionamento, al trattamento del campione, alle interferenze ed in genere a tutte le problematiche tipiche dell'analisi di prodotti "reali", tecnici e commerciali. Inoltre i vari metodi di analisi verranno riesaminati criticamente e comparativamente in relazione alle loro specifiche di sensibilità, accuratezza, precisione, ecc. in modo da giustificare le scelte che di volta in volta verranno effettuate. E' opportuno ricordare che nella scelta delle procedure analitiche sarebbe consigliabile inserire, almeno in un caso, una determinazione basata sulla cinetica enzimatica, i cui fondamenti teorici sono affidati agli insegnamenti di chimica fisica e chimica organica. I temi fondamentali possono essere affiancati ad altri, scelti in relazione al particolare taglio che si intende dare localmente al corso di diploma. Dato che le moderne tecniche strumentali sono in continua espansione e non è oggettivamente possibile trattarle tutte nella giusta misura, si ritiene consigliabile dedicare a quelle rimaste ai margini del programma quanto meno brevi introduzioni a carattere descrittivo (anche solo seminariali), in modo da fornire agli allievi un'adeguata panoramica dell'intera materia. A tale riguardo possiamo citare: - Fluorimetria e fosforimetria - Analisi termiche - Raggi X (diffrattometria, fluorescenza, ecc.) - Risonanza magnetica nucleare - Spettrometria di massa - Tecniche accoppiate - Elettroforesi classica e capillare - Analisi automatiche e in continuo (Flow Injection Analysis) Sul piano culturale generale si ritiene fortemente auspicabile la sensibilizzazione degli allievi al tema della "qualità" dell'analisi ed alle problematiche della "certificazione". Quest'ultima, intesa come assunzione di responsabilità, basata su una sequenza operativa garantita e suffragata da adeguata documentazione in ordine all'intero processo ed alle necessarie conclusioni sul lavoro svolto. Un contributo significativo potrà anche essere rappresentato da una breve illustrazione dei principi e delle sempre maggiori applicazioni della chemiometria.
TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI, PRINCIPI DI AUTOMAZIONE E DI ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE
FINALITA' Le finalità specifiche dell'insegnamento di Tecnologie chimiche industriali, Principi di Automazione e Organizzazione industriale sono: · la formazione culturale relativa agli aspetti di processo, impiantistici ed ecologici connessi alla produzione su scala industriale dei composti chimici; · l'acquisizione di competenze necessarie per risolvere problemi di natura chimica nell'ambito di qualsiasi attività produttiva o di servizi; · l'acquisizione di capacità operative che consentano ai giovani diplomati di collaborare responsabilmente alla conduzione di impianti di produzione; · la formazione di base per accedere a corsi di perfezionamento professionale o universitari. OBIETTIVI Al termine del corso, l'allievo dovrà dimostrare di essere in grado di: · potersi inserire con adeguate competenze nell'industria chimica e operare con diversi gradi di responsabilità nell'ambito della produzione fornendo corretti elementi di valutazione relativamente agli aspetti chimici, chimico fisici, economici ed impiantistici di un processo chimico; · interpretare e realizzare lo schema di un processo chimico valutando l'efficacia di un sistema di regolazioni automatiche; · partecipare a lavori d'équipe nella progettazione di apparecchiature industriali; · comunicare, con proprietà di linguaggio tecnico, con gli specialisti di informatica e di automazione; · utilizzare autonomamente strumenti informatici e software applicativo operando con strumenti di acquisizione ed elaborazione dati. CONTENUTI Classe terza [3 (2) ore] 1. L'automazione nei processi chimici industriali 1.1 Il processo industriale visto come un sistema dinamico soggetto a perturbazioni. 1.2 Concetto di controllo dei processi e loro regolazione. 1.3 Variabili controllate e regolate. 1.4 Concetto di retroazione. 1.5 Concetto di set point di una variabile controllata. 1.6 Sensori ed attuatori. 1.7 Rappresentazione a blocchi di un sistema regolato. 1.8 Regolazione ON-OFF e proporzionale. 2. Applicazioni informatiche alle Automazioni 2.1 Variabili analogiche e digitali. 2.2 Precisione dei dati. 2.3 Conversione analogico/digitale e digitale/analogico (A/D e D/A). 2.4 Elementi di logica booleana (operazioni AND, OR, NOT ecc.). 2.5 Struttura a blocchi di un elaboratore elettronico. 2.6 Memorie di massa ed interfacce periferiche. 2.7 Trasmissione di dati seriale e parallela. 2.8 Sistema operativo e sue principali funzioni. 2.9 Linguaggi ad alto livello e primi approcci alla programmazione. 2.10 Uso dei più importanti programmi applicativi (elaborazione di testi, fogli elettronici, data base). 3. Il processo chimico ricondotto alle Operazioni Unitarie 3.1 Richiami sulle grandezze fisiche fondamentali e derivate, sulle unità di misura e relativi sistemi (MKS, CGS, SI, sistema anglosassone). Conversioni tra i vari sistemi di unità di misura. 3.2 Idrostatica ed idrodinamica. Liquidi ideali. Viscosità nei liquidi reali newtoniani e non newtoniani. 3.3 Moto dei liquidi reali. Perdite di carico distribuite e localizzate. 3.4 Macchine idrauliche operatrici: Pompe. Caratteristiche funzionali e di impiego dei vari tipi di pompe. Curve caratteristiche e calcolo della potenza teorica e reale richiesta. 3.5 Tubazioni. Caratteristiche costruttive e loro dimensionamento di massima in funzione dei parametri idraulici. Unificazione dei diametri, unità di misura pratiche. Organi di collegamento: giunti, flange ecc..Organi di intercettazione: valvole. Vari tipi di valvole, particolari costruttivi e modalità di impiego. Curve caratteristiche portata/apertura. Telecomando delle valvole con attuatori elettrici e pneumatici.Contenitori e serbatoi: vari tipi e dimensionamento di massima. 3.6 Impiego dei materiali metallici e non metallici negli impianti industriali. Caratteristiche meccaniche. Resistenza agli agenti chimici. La saldatura dei metalli e problemi ad essa relativi. 3.7 Separazioni solido-liquido 3.7.1 La sedimentazione. Fattori che influenzano la velocità di sedimentazione. Le apparecchiature impiegate per la sedimentazione e loro dimensionamento di massima. Applicazioni industriali della sedimentazione. 3.7.2 La filtrazione, continua e discontinua, ultrafiltrazione ed osmosi inversa. Filtri industriali e loro impieghi. 3.7.3 Centrifugazione. Flottazione. Separazione dei solidi. 3.8 Principi di economia ed organizzazione industriale. 3.8.1 L'approvvigionamento e lo stoccaggio delle materie prime. 3.8.2 Normativa sulla sicurezza nello stoccaggio e nel trasporto dei prodotti chimici. 3.8.3 Aspetti economici dello smaltimento dei rifiuti industriali. 4. Processi industriali Trattamento di addolcimento, demineralizzazione potabilizzazione delle acque di primo impiego per uso civile e industriale. Laboratorio - Misura di grandezze fisiche (inerenti l'idraulica) e trasformazione di tali misure in segnale elettrico. - Segnali analogici e digitali. - Esperienze sulla conversione A/D e D/A. - Acquisizione di un segnale mediante un calcolatore o PLC. - Elaborazione con software dei dati acquisiti. - Applicazioni pratiche di attuatori elettrici e pneumatici. - Insieme sensore-elaboratore-attuatore nelle applicazioni ai controlli e regolazioni. - Esperienze reali (con impianto pilota) o simulate (con elaboratore o PLC) sulla regolazione di un sistema idraulico. Realizzazione di un semplice software relativo a calcoli inerenti l'idraulica. Classe quarta [5 (2) ore] 1. Il calore nelle tecnologie chimiche industriali 1.1 Lo scambio di calore per conduzione e convezione. Calcolo dei coefficienti di scambio termico per convenzione. Equicorrente e controcorrente. Temperatura media logaritmica. Bilancio di calore nelle operazioni di scambio termico.Dimensionamento di massima delle apparecchiature industriali più comuni. Isolamento termico. Calcolo del calore perduto attraverso un isolante ed ottimizzazione economica degli spessori. 1.2 La generazione e la distribuzione del vapor d'acqua negli impianti industriali. 1.3 Significato ed applicazioni del diagramma di Mollier (Entropia/Entalpia). Impiego del vapor d'acqua come fluido trasportatore di calore. 1.4 Cenni ai fluidi alternativi al vapor d'acqua nel trasporto di calore (olii minerali, Dowtherm, sali fusi, metalli liquidi, ecc.). 1.5 Il recupero di calore nei processi industriali. Importanza economica ed applicazioni significative. 1.6 Lo scambio di calore per irraggiamento. Principi fisici su cui si basa il fenomeno e principali applicazioni industriali di tale modalità di scambio termico. 1.7 I combustibili fossili di uso industriale. Cenni sulla ricerca e produzione di tali combustibili: principali requisiti loro richiesti. Potere calorifico superiore ed inferiore. Recupero di calore dai gas combusti. 1.8 La generazione delle basse temperature. Ciclo frigorifero ideale e reale. Fluidi frigorigeni. Principio di funzionamento della pompa di calore. 2. Le Operazioni Unitarie nello scambio di calore 2.1 Le operazioni di Evaporazione e Concentrazione. Evaporazione a singolo e multiplo effetto (equicorrente e controcorrente). Soluzioni ideali e soluzioni reali. Diagramma di Dürhing: validità e limiti di applicazione nello studio del comportamento delle soluzioni. Diagramma entalpia/concentrazione. Bilancio di materia e di calore nelle operazioni di evaporazione.Evaporazione per termocompressione del vapore (meccanica e termica). 2.2 Apparecchiature usate negli impianti di evaporazione:concentratori a fascio tubiero verticale corto, lungo, Kestner, a film sottile, apparecchi impiegati nell'industria alimentare. Apparecchiature ausiliarie negli impianti di evaporazione (eiettori, pompe ad anello liquido, scaricatori di condensa, ecc.) 2.3 L'operazione di cristallizzazione: bilancio di materia e di calore, calcoli di massima relativi a tale operazione. 2.4 Separazioni gas-gas e gas-solido. Problemi di trattamento delle emissioni gassose. Depurazione dei fumi. 2.5 Miscele aria-vapor d'acqua. - Umidità assoluta e relativa - Temperatura di bulbo umido e bulbo secco - Diagramma igrometrico e suo impiego nei calcoli delle operazioni di essiccamento. 3. Principi di economia e legislazione industriale. 3.1 Esempi di applicazione dei criteri economici per ottimizzare il dimensionamento delle apparecchiature industriali. 3.2 Articoli di legge più significativi sulla prevenzione infortuni in particolare per il settore chimico. 4. L'automazione: regolazione di un impianto reale e simulazione al calcolatore di un sistema automatizzato 4.1 Sistemi di regolazione ad anello aperto, ad anello chiuso ed in cascata. 4.2 Circuiti tipici per la regolazione delle grandezze fisiche più comuni (temperatura, pressione, portata, pH). 4.3 Il concetto di simulazione di un processo mediante elaboratore. 4.4 Esempi significativi di automazione di processi industriali. 5. Processi chimici industriali 5.1 Realizzazione su scala industriale di reazioni esotermiche ed endotermiche. 5.1.1 La catalisi omogenea ed eterogenea. 5.1.2 L'impiego di reattori discontinui, continui e semicontinui. 5.2 Esempi di processi industriali: 5.2.1 Concentrazione dell'idrossido di sodio 5.2.2 Produzione del saccarosio. 5.2.3 Sintesi dell'ammoniaca. 5.2.4 Sintesi del metanolo. 5.2.5 Sintesi dell'acido nitrico. 5.2.6 Produzione dell'acido solforico. 5.2.7 Ossidazione parziale di idrocarburi per la produzione di composti organici ossigenati. 5.2.8 Cracking e reforming per la produzione di combustibili per autotrazione. 5.2.9 L'idrogenazione di idrocarburi aromatici, di trigliceridi insaturi, del nitrobenzene. 5.2.10 Processi di deidrogenazione finalizzati alla produzione di olefine. 5.2.11 Processi di solfonazione, nitrazione, alogenazione. 5.2.12 Processi industriali elettrochimici (produzione dell'idrossido di sodio e del cloro). 5.3 Stesura di semplici schemi di processo relativi alle Operazioni Unitarie ed ai processi chimici prescelti. Laboratorio - Esperienze sulla regolazione automatica dello scambio termico. - Esercitazioni su modelli reali di scambiatori ed evaporatori ed eventuali simulazioni su computer o PLC. - Uso ed eventuale realizzazione di software specifico relativo allo scambio termico ed all'evaporazione. Classe quinta [7 (3) ore] 1. Le Operazioni Unitarie 1.1 Operazioni a stadi multipli. 1.1.2 Concetto di stadio di equilibrio. Bilancio di materia e di energia in un singolo stadio . Stadi multipli in controcorrente. Concetto di flusso netto all'interstadio (corrente fittizia). 1.1.3 L'estrazione con solvente solido-liquido (e liquido-liquido). Rappresentazione delle miscele a tre componenti su diagrammi triangolari. Linea del solido (corpo di fondo). Operazioni multistadio in controcorrente ed a correnti incrociate. 1.1.4 Determinazione grafica del punto differenza e calcolo del numero teorico di stadi di equilibrio. 1.1.5 Fattori che influenzano la velocità di diffusione (temperatura, natura del solvente, agitazione, granulometria del solido, ecc.). 1.1.6 Le apparecchiature di uso industriale per l'operazione di estrazione operanti in modo continuo e discontinuo. 1.2 Rettifica continua 1.2.1 Diagrammi di stato, di ripartizione ed entalpico delle miscele binarie ideali e non ideali. Miscele non ideali: azeotropi di massima e di minima. 1.2.2 Bilancio di materia e di calore nelle operazioni di distillazione. Legge di Trouton: significato, validità e limiti. Sua applicazione al calcolo del numero teorico di stadi di equilibrio (piatti) con il metodo grafico semplificato di Mc Cabe e Thiele. Equazioni delle rette di lavoro (arricchimento ed esaurimento) e condizioni termiche dell'alimentazione (q-line). Determinazione per via grafica, del rapporto di riflusso minimo teorico ed effettivo. Fattori economici che influenzano la scelta del rapporto di riflusso ottimale. Efficienza dei piatti e loro numero effettivo. 1.2.3 Colonne a riempimento: determinazione dell'altezza del riempimento (HETP) in relazione al numero di stadi teorici. Vantaggi e svantaggi rispetto alle colonne a piatti. 1.2.4 Dimensionamento di massima di una colonna di rettifica: diametro in funzione della velocità dei vapori, distanza tra i piatti, ecc. Principali anomalie nel funzionamento dei piatti, deducibili dal diagramma di Young. 1.2.5 Concetti generali sulla distillazione estrattiva ed azeotropica. Schemi di massima relativi a tali tipi di distillazione (alcool etilico assoluto). 1.2.6 Altre operazioni assimilabili alla rettifica: flash evaporation, distillazione in corrente di vapore saturo e surriscaldato (stripping) con riferimento alle più importanti applicazioni della Chimica Industriale. Le operazioni di assorbimento e desorbimento. Processi industriali collegati (depurazione di gas e recupero dei componenti gassosi). 2. Aspetti impiantistici dei processi di fermentazione industriali 2.1 Criteri di dimensionamento dei reattori fermentatori impiegabili nella realizzazione di processi biotecnologici. Problemi di sterilizzazione delle apparecchiature, del terreno di coltura e dell'aria. Aereazione ed agitazione della biomassa. Acquisizione dei dati relativi al processo fermentativo in atto e tecniche di regolazione dell'impianto. 2.2 Separazione e purificazione dei prodotti della fermentazione. 2.3 Problemi di smaltimento dei sottoprodotti effluenti da un processo fermentativo. 3. L'automazione 3.1 Controlli e regolazioni: sistemi di regolazione completa, proporzionale, derivativa, integrativa (PID). Esempi ed applicazioni pratiche in particolare alle operazioni di rettifica. 3.2 Approccio alla regolazione "predittiva" basata sulla misurazione delle grandezze perturbatrici di un processo. 3.3 Concetti di base sulla gestione di archivi di dati e relative applicazioni pratiche nel settore chimico. 4. Principi di legislazione industriale 4.1 La legislazione a protezione dell'ambiente. Illustrazione degli aspetti tecnici contenuti nei principali articoli delle leggi vigenti poste a salvaguardia dell'ambiente, in particolare quelle riguardanti il settore chimico. 5. Processi industriali e biotecnologie 5.1 Processi basati sulle operazioni di estrazione con solvente (industria saccarifera, olii alimentari) e sulla distillazione (processi petroliferi o di chimica fine). 5.2 La produzione di tecnopolimeri: reazioni di polimerizzazione di notevole interesse industriale e commerciale. Produzione dei più importanti polimeri scelti tra quelli di uso quotidiano. 5.3 Industria dei grassi, dei saponi e dei detersivi. 5.4 Processi biotecnologici di rilevante significato con esempi tratti dall'industria farmaceutica ed alimentare. 5.5 La depurazione delle acque reflue civili ed industriali.Metodi chimici e metodi biologici. Processi ossidativi ed anaerobici con produzione di biogas. 5.6 Dimensionamento di massima di un impianto di depurazione a fanghi attivi. 5.7 Problemi relativi alla eliminazione dei nitrati e dei fosfati. 5.8 Stesura di schemi di processo relativi alle Operazioni Unitarie indicate ed ai processi chimici prescelti. Laboratorio - Esperienze reali o simulate riguardanti l'estrazione con solvente e la distillazione; uso di software ad esse relativo. - Esperienze nella regolazione delle operazioni di rettifica (su impianto pilota o simulata su elaboratore). - In collaborazione con Chimica delle fermentazioni esperienze concordate di biotecnologie. INDICAZIONI DIDATTICHE Il programma di Tecnologie chimiche industriali, Principi di automazione e Organizzazione industriale raccoglie in sé ed unifica in un solo insegnamento argomenti basilari tradizionalmente riservati alle discipline "Impianti chimici" e "Chimica Industriale" e al contempo si arricchisce dei contenuti e dei principi teorici di automazione. Il corso risulta profondamente rinnovato in quanto: - inizia fin dal terzo anno con gli argomenti relativi alle automazioni ed alle applicazioni dell'informatica; - introduce la pratica triennale di laboratorio, finora assente nei programmi tradizionali; - consente una nuova strutturazione e distribuzione degli argomenti nell'arco del triennio. L'unificazione di Impianti Chimici e di Chimica Industriale in un unico insegnamento intende, per un verso favorire un approccio metodologico moderno alla Chimica Industriale (abbandonando il nozionismo puramente descrittivo che sovente, in passato, ha caratterizzato tale disciplina) e per un altro superare l'artificiosa suddivisione tra produzioni della Chimica Organica ed Inorganica. La Chimica Industriale rimane, con i temi che l'insegnante riterrà opportuno e doveroso trattare, parte integrante della formazione degli allievi, senza avere più la struttura di "blocco" monolitico e sistematico decisamente impegnativo se indirizzato ad una trattazione minuziosa di un gran numero di argomenti. Si ritiene fondamentale, invece, che una corretta formazione del Perito del settore chimico debba basarsi sull'inquadramento dei vari processi nell'ottica delle Operazioni Unitarie (Principi di Ingegneria Chimica) che li caratterizzano e su una discussione sufficientemente approfondita degli aspetti termodinamici, cinetici, reattoristici ed impiantistici del processo in esame. Sarà certamente di grande valore formativo la trattazione dei temi della Chimica industriale in un'ottica "storica" che evidenzi l'evoluzione dei processi: il docente potrà mettere in luce i progressi compiuti nel corso degli anni dal punto di vista delle materie prime utilizzate, delle Operazioni Unitarie impiegate, degli eventuali sottoprodotti ottenuti ed infine degli aspetti energetici ed ecologici. Tenendo presente che le conoscenze (Know-how) relative ai particolari tecnologici dei processi chimici più recenti e realizzati dalla maggior parte delle industrie non sono liberamente accessibili, in quanto protette dal riserbo dei brevetti, il docente rinuncerà al proposito di fornire dettagliate e precise descrizioni di ogni singola produzione. Occorre infatti accettare l' idea che la preparazione del diplomato sia, in confronto con il passato, meno ricca di "informazione" ma più approfondita come "formazione". La complessità degli argomenti relativi alle Operazioni Unitarie, anche in relazione alla giovane età degli allievi, fa ritenere raccomandabile che la loro trattazione si limiti solo allo studio dello stato stazionario. La trattazione degli argomenti relativi all'Automazione non contraddice questa raccomandazione. Essa va infatti vista come lo studio del mezzo idoneo per mantenere o ripristinare lo stato stazionario in un impianto chimico, alterato da variazioni nelle composizioni dei reagenti o per raggiungere nuove condizioni operative al fine di mutare le caratteristiche dei prodotti. La inderogabile esigenza di salvaguardare l'ambiente rende necessaria la trattazione della possibile prevenzione e dei rimedi da adottare per minimizzare i danni eventualmente causati da un processo industriale. E' bene che il docente favorisca nei giovani allievi lo sviluppo di quella cultura ecologica che costituisce già oggi uno dei tratti caratteristici della professionalità chimica di base. Occorre inoltre che i docenti forniscano agli allievi gli strumenti conoscitivi di base circa il problema della incolumità sul posto di lavoro ed i temi fondamentali della prevenzione infortuni, unitamente ai primi rudimenti di pronto soccorso. La trattazione di argomenti relativi all'organizzazione aziendale, pur non volendo costituire un corso approfondito di economia aziendale e marketing, si prefigge di sensibilizzare gli allievi alla valutazione delle scelte ottimali nel campo del dimensionamento delle apparecchiature, della scelta del processo ritenuto più conveniente (anche in relazione alla disponibilità di materie prime), degli aspetti ecologici, del risparmio energetico e dell'eventuale utilizzo di sottoprodotti. L'indicazione degli argomenti previsti dal programma deve essere intesa dal docente come una guida alla scelta dei temi di fondamentale importanza e non deve essere considerata vincolante soprattutto per quel che concerne la successione cronologica degli argomenti. Al docente è data libertà di scelta tra il procedere alla descrizione di un processo industriale e far discendere da questa la trattazione delle Operazioni Unitarie, oppure trattare prima tali Operazioni e illustrare in seguito le applicazioni ai più importanti processi industriali. La prima via indicata potrebbe rivelarsi utile, nel terzo anno, per un proficuo approccio degli allievi a concetti del tutto nuovi. Dal punto di vista didattico è importante che il corso venga suddiviso in sequenze e programmato assieme ai docenti delle altre discipline (in particolare Matematica, Chimica fisica, Chimica organica, Chimica delle fermentazioni ed Analisi chimica). Questa è la ragione per cui nel programma non appaiono argomenti i cui principi fondamentali ricadono nelle competenze specifiche delle discipline summenzionate. Ciò al fine anche di evitare inutili sovrapposizioni e "doppioni". I medesimi argomenti trattati in tempi diversi e da docenti diversi spesso confondono gli allievi più che portare loro dei vantaggi. E' ad esempio il caso dei concetti inerenti la termodinamica, la cinetica delle reazioni e l'equilibrio chimico. Essi dovrebbero essere applicati e discussi nella trattazione dei processi chimici solo dopo che i contenuti di base fossero stati trattati in Chimica fisica. Il docente dovrebbe tenere presente che l'attività di laboratorio, che si avvale sia del metodo deduttivo che induttivo, ha lo scopo di realizzare esperienze pratiche su impianti pilota computerizzati e la simulazione su apparecchiature programmabili, quali computer o PLC (Programmable Logic Controller), delle operazioni unitarie fondamentali e delle automazioni. In laboratorio il docente dovrebbe portare gli allievi a riflettere sui risultati ottenuti, verificarne la coerenza con le teorie proposte nello studio delle operazioni unitarie e delle automazioni. In particolare la fase di interpretazione dati è importante quando essi si discostano dalle aspettative fondate sulle teorie: ciò allo scopo di acuire lo spirito critico degli allievi ed incoraggiare il loro interesse per la ricerca. E' consigliabile che il docente proponga lo studio di un linguaggio di programmazione evoluto (Basic, Pascal, ecc...), così da promuovere l'acquisizione di una metodologia di rigorosa strutturazione logica nella impostazione e nella soluzione di ogni tipo di problema in qualsiasi campo di applicazione. Le esercitazioni pratiche di programmazione dovrebbero essere improntate alla enucleazione degli aspetti logico-formali piuttosto che ambire alla realizzazione di programmi dotati di caratteristiche professionali. VERIFICA E VALUTAZIONE Premessa Il processo di apprendimento/insegnamento muove da certe condizioni iniziali per giungere a condizioni finali diverse, rispondenti agli obiettivi prefissati. Il giudizio finale (valutazione) richiesto all'insegnante sarà motivato e fondato se si riuscirà a definire chiaramente ed esplicitamente le condizioni di partenza, le condizioni finali e si riuscirà a controllare razionalmente (verifica), con continuità, il processo di avanzamento degli allievi verso gli obiettivi terminali. I problemi della verifica e della valutazione si presentano con alcune caratteristiche generali valide per tutti i curricoli e con caratteristiche specifiche per ciascuno di essi. Per quanto riguarda gli aspetti generali i sistemi di verifica dovranno: · fondarsi su prove razionalmente impostate, opportunamente analizzate e rivolte sia all'acquisizione di elementi informativi sull'andamento dello sviluppo del curricolo (prove formative), sia alla formulazione di giudizi o voti relativi al livello di apprendimento degli allievi (prove sommative); · permettere di sgombrare il terreno dei rapporti docente/allievo da elementi di soggettività e quindi di potenziale conflittualità che incidano sulla qualità stessa del lavoro scolastico; · rendere possibile la destinazione alle verifiche di un tempo-scuola indicativamente non superiore al 30%. 1. Prove di verifica: tipi, quantità e scansione Poiché le prove di verifica hanno per oggetto il livello di conseguimento degli obiettivi specifici disciplinari, la loro tipologia è funzione del tipo di obiettivi suddetti. Gli obiettivi specifici del curricolo chimico si rivolgono essenzialmente ad attività logico-formali connesse all'espressione verbale o scritta, ad attività connesse alla risoluzione di problemi ed alle attività pratiche di laboratorio. Le prove necessarie a verificare i suddetti obiettivi saranno perciò di tre tipi: orali, scritte e pratiche. Il colloquio è insostituibile poiché è necessario che l'allievo impari ad esprimersi sinteticamente impiegando un corretto linguaggio chimico in situazioni diverse. Il docente deve essere però consapevole che tale tipo di verifica implica un giudizio molto complesso e di carattere fondamentalmente soggettivo per cui essa non può rappresentare l'unico elemento su cui poggiare la verifica. Le prove scritte possono avere tutti i requisiti necessari (validità, attendibilità, confrontabilità) per una verifica razionale e rappresentano, perciò, le prove più adatte su cui fondare la verifica. Sarà opportuno che l'insegnante ricorra a test oggettivi solo per verifiche di ingresso o per verifiche in itinere di tipo formativo; per le verifiche di tipo sommativo non appare opportuno privilegiare l'impiego di test, ma sarà necessario ricorrere ad impostazioni particolari e a metodi di analisi razionali ampiamente sperimentati. La verifica dell'attività di laboratorio è importante per tutte le discipline chimiche. La verifica riguarda sia l'apprendimento sia i comportamenti in laboratorio (dominio delle tecniche di lavoro, dominio delle problematiche sui rischi, disponibilità e partecipazione ai lavori di gruppo). Attraverso le attività di laboratorio gli studenti imparano ad esercitare quelle "abilità procedurali" attraverso cui si forma la "mentalità operativa" propria del settore. Questa, anche se limitata ad un grado intermedio di professionalità, deve permettere allo studente di affrontare problemi, opportunamente graduati, in modo completo. Ne consegue che la valutazione della professionalità di base in ambito chimico si atterrà, oltre che ai criteri generali espressi in premessa, alle risultanze delle verifiche circa le attività di laboratorio, tenendo conto dei livelli raggiunti nelle varie fasi procedurali che costituiscono tali attività: impostazione, esecuzione, interpretazione dei risultati. La verifica dell'apprendimento sarà quindi finalizzata alla "misurazione" delle abilità procedurali conseguite. Il criterio generale di valutazione privilegerà l'acquisizione di tale abilità ed il controllo del processo da parte dello studente, piuttosto che il risultato finale. Per quanto riguarda la fase di impostazione, la verifica potrà riguardare ad esempio: - la validità e la pertinenza degli obiettivi individuati; - l'impostazione dello schema di processo e la congruenza delle varie fasi tra loro; - l'adeguata previsione dei tempi di lavoro e la predisposizione dei materiali e della strumentazione idonea. Nella fase di esecuzione potranno essere oggetto di verifica ad esempio: - la capacità di effettuare nella corretta sequenza le operazioni manuali e/o strumentali previste dallo schema di lavoro; - la capacità di effettuare scelte adeguate alle procedure utilizzate; - la capacità di collocare gli imprevisti di lavoro nella problematica connessa allo schema di processo. Nella fase di interpretazione la verifica potrà infine riguardare: - la capacità di elaborare i dati ottenuti; - la capacità di utilizzare adeguati modelli interpretativi relativi alla tecnica prescelta o al valore del risultato ottenuto; - la capacità di analisi critica delle singole fasi del processo rispetto a quanto previsto dallo schema operativo di impostazione. Per effettuare queste verifiche il docente potrà avvalersi di griglie di osservazione che gli consentano di rilevare i comportamenti degli studenti nelle varie fasi di lavoro e le loro reazioni di fronte ad eventuali imprevisti. Possono anche essere utili relazioni prestrutturate in rapporto alle quali il docente può facilmente cogliere la capacità dell'allievo di fare osservazioni sul lavoro effettuato e le procedure seguite. La necessità di pervenire a modalità di verifica unitarie e l'esigenza di conferire maggior rigore alla verifica dell'apprendimento, suggeriscono di ricorrere a tutti e tre i tipi di prove, sia pure attribuendo a ciascuno di essi un "peso" relativo e differenziato, in ragione delle diverse finalità di ciascun insegnamento. 2. Modalità della valutazione complessiva periodica e finale La valutazione che si esprime al termine di segmenti significativi di curricolo non è un processo discontinuo, né emerge automaticamente dai risultati delle verifiche, ma viene costruendosi in modo processuale e trae origine dall'interazione tra i suddetti risultati e altre variabili significative relative agli allievi e altre ancora riconducibili all'ambiente scolastico ed extrascolastico. Accanto alla qualità e al livello dell'apprendimento, si possono considerare l'atteggiamento dell'allievo nei confronti del lavoro didattico (attenzione alle lezioni, impegno e puntualità nel lavoro, contributo personale alle attività di classe), la frequenza alle attività scolastiche, i progressi registrati rispetto a condizioni precedenti, ecc. La valutazione si traduce in un giudizio motivato e razionalmente fondato che si basa sulla raccolta del maggior numero di elementi effettuata all'inizio, durante e al termine del processo di apprendimento e si basa sui risultati ottenuti dalla somministrazione di prove razionali opportunamente elaborate.
FINALITA' L'insegnamento di Educazione fisica si propone le seguenti finalità:
Il programma di Educazione fisica del triennio della scuola secondaria di secondo grado è la prosecuzione e l'evoluzione del programma del biennio precedente. Esso rappresenta la conclusione di un percorso che mira al completamento della strutturazione della persona e della definizione della personalità per un consapevole inserimento nella società. Le finalità indicate, coerenti con quelle generali della scuola, definiscono l'ambito operativo specifico dell'Educazione fisica. Il ruolo prioritario viene dato all'acquisizione del valore della corporeità che, punto nodale dell'intervento educativo, è fattore unificante della persona e quindi di aiuto al superamento dei disagi tipici dell'età giovanile che possono produrre comportamenti devianti. Solo in questo quadro sarà possibile comprendere in modo corretto la valenza delle altre finalità. Infatti esse, nell'ordine, mirano a rendere la persona capace in modo consapevole di affrontare, analizzare e controllare situazioni problematiche personali e sociali; di utilizzare pienamente le proprie qualità fisiche e neuro-muscolari; di raggiungere una plasticità neuronale che consenta di trasferire in situazioni diverse le capacità acquisite, determinando le condizioni per una migliore qualità della vita. L'insegnamento dell'Educazione fisica, inoltre, deve guidare lo studente a comprendere il ruolo del corpo in ambito sociale, per riconoscerne la valenza sia a livello personale sia a livello comunicativo come avviene in campo sportivo e nel linguaggio del corpo. OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO Lo studente, al termine del triennio, deve dimostrare di:
1.1. compiere attività di resistenza, forza, velocità e articolarità,
2. essere in grado di:
3. conoscere: 3.1 le caratteristiche tecnico-tattiche e metodologiche degli sport praticati, 3.2 i comportamenti efficaci ed adeguati da adottare in caso di infortuni. CONTENUTI Terzo, Quarto e Quinto Anno [ 2, 2 e 2 ore ]
2. Esercitazioni relative a:
3. Informazione e conoscenze relative a:
Note - Le attività elencate devono essere organizzate e utilizzate in modo da soddisfare le esigenze derivanti dalle particolari caratteristiche delle finalità ed obiettivi del programma. - L'elenco non prevede la distinzione in attività fondamentali e complementari in quanto la loro scelta può essere condizionata dalla situazione ambientale e dai mezzi disponibili. INDICAZIONI DIDATTICHE La fase conclusiva dell'adolescenza e l'inizio della giovinezza sono caratterizzate da un graduale rallentamento dei processi evolutivi, fino alla loro stabilizzazione. Tale periodo di relativa tranquillità si accompagna normalmente ad un certo equilibrio psicofisico che favorisce nel giovane manifestazioni motorie più controllate ed armoniche e lo aiuta a procedere da modelli relazionali di adesione incondizionata al gruppo verso scelte autonome e più personali. Inoltre, essendo questo stadio dello sviluppo caratterizzato anche dal prevalere di diversità individuali e della differenziazione psicologica e morfo-funzionale tra i due sessi, dovrà porsi particolare attenzione, in fase di programmazione, all'adeguamento degli itinerari didattici alle caratterizzazioni individuali. Gli obiettivi, solo in quanto sostanziati dalla continua richiesta della consapevolezza e finalizzazione dei procedimenti didattici -aspetti che rappresentano l'evoluzione qualitativa dell'insegnamento dell'Educazione fisica per il triennio secondario superiore- consentono il raggiungimento delle finalità indicate. Essi devono essere considerati non come frammentazione delle attività e dei processi loro connessi, ma come traguardi da raggiungere attraverso attività motorie e sportive compiutamente realizzate e con iniziative di tipo interdisciplinare. Le caratteristiche, dunque, delle finalità e degli obiettivi richiedono una metodologia basata sull'organizzazione di attività "in situazione", sulla continua indagine e sull'individuazione e autonoma correzione dell'errore. Tale metodologia consentirà di creare i presupposti della plasticità neuronale e della trasferibilità delle abilità e competenze acquisite ad altre situazioni ed ambiti. Conseguentemente, ciascuna attività deve tener conto, nella sua organizzazione e realizzazione, della necessità di dare spazio ad una serie di varianti operative e al contributo creativo e di elaborazione che ciascuno degli studenti può apportare. Al fine di far conseguire allo studente la capacità di organizzare progetti autonomi, utilizzabili anche dopo la conclusione degli studi secondari, sono opportune forme di coinvolgimento attivo dello stesso nelle varie fasi dell'organizzazione dell'attività dalla progettazione alla realizzazione dei percorsi operativi e metodologici da adottare. L'accertamento della situazione iniziale dello studente consente di programmare in modo efficace l'azione educativa e didattica. Tale programmazione deve tener conto della necessità di riferirsi, per quanto è possibile , ad obiettivi tassonomizzati ed a contenuti da utilizzare in modo processuale, in vista di una corretta valutazione finale dell'intero iter educativo. La valutazione dello studente deve consentire di apprezzare sia la capacità esecutiva delle varie attività sia la conoscenza teorica e scientifica della disciplina e dei processi metodologici utilizzati, mediante verifiche costituite da prove pratiche, questionari scritti e prove orali.
Il principio della
unitarietà del sapere e del processo di educazione e formazione
culturale trova una sua esplicita e specifica affermazione anche nella
attuazione di un’area di progetto che conduca al coinvolgimento ed
alla concreta collaborazione fra docenti di alcune o di tutte le
discipline.
All’area di progetto
sarà dedicato un numero di ore non superiore al 10% del monte ore annuo
delle discipline coinvolte in questa attività.
I problemi dell'area di
progetto dovranno tenere conto di diversi aspetti: conoscitivo,
applicativo, tecnologico, informatico, economico, organizzativo e di
documentazione. Tali problemi, significativi rispetto all'area di
indirizzo, devono basarsi su un consistente nucleo di attività
progettuali ed operative . - le competenze
necessarie per affrontare i molteplici aspetti dei progetti; La realizzazione dell'area di progetto si sviluppa normalmente attraverso alcune fasi che si possono così distinguere: - analisi della
situazione o del problema che il progetto intende affrontare; Si possono ipotizzare
progetti ai quali lavorano intere classi, eventualmente con divisione in
sottoprogetti, oppure si possono dividere le classi in più gruppi
ciascuno con un proprio progetto. Non si esclude che un progetto possa
avere durata pluriennale né che classi di scuole diverse collaborino
alla realizzazione di uno stesso progetto. Ipotesi di lavoro per la realizzazione dell’area di progetto. La chimica sta
attraversando un periodo dinamico e di cambiamenti radicali. I paradigmi
su cui si basa, fondati sulle tradizionali subdiscipline, vanno
integrati per essere applicati ai contesti complessi di cui si fa cenno
più avanti a titolo esemplificativo.
Ferma restando l’autonoma responsabilità decisionale degli organi collegiali, si suggeriscono a titolo puramente esemplificativo, alcune aree di intervento: 1) L’ambiente e la
sua conservazione: in questo ambito sono di grande attualità
tematiche - per altro già approfondite in Istituti che attuano il
progetto Deuterio in via sperimentale - relative al monitoraggio
ambientale, alla depurazione dei reflui di origine biologica e/o
industriale, al riciclaggio dei rifiuti solidi urbani o industriali.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
La pagina
- Educazione&Scuola©