METODOLOGIE FISICHE E CHIMICHE PER L'AMBIENTE

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1 DIPARTIMENTO DI AGRICOLTURA, ALIMENTAZIONE E AMBIENTE (Di3A) Corso di laurea in Pianificazione e tutela del territorio e del paesaggio Anno accademico 2017/ anno METODOLOGIE FISICHE E CHIMICHE PER L'AMBIENTE 14 CFU - 1 semestre Docenti titolari dell'insegnamento FRANCESCO NOTO - Modulo - FIS/07-6 CFU francesco.noto@lns.infn.it Edificio / Indirizzo: LNS - Via Santa Sofia 64 Telefono: Orario ricevimento: sempre previo appuntamento col docente CRISTINA ABBATE - Modulo - AGR/13-8 CFU cristina.abbate@unict.it Edificio / Indirizzo: Polo Bioscientifico, Via Santa Sofia 98, Catania Telefono: Orario ricevimento: su appuntamento OBIETTIVI FORMATIVI Nel corso vengono approfonditi alcuni fenomeni fisici particolarmente rilevanti in campo ambientale. Tra questi: fluidodinamica, termodinamica, inquinamento atmosferico, radioattività e contaminazione ambientale. Dare nozioni di base di chimica necessarie per approfondire le conoscenze riguardanti il sistema suolo-pianta. Tali conoscenze consentiranno al tecnologo in pianificazione del territorio di acquisire criteri di valutazione per la gestione dei suoli e della sua copertura vegetale e la possibile destinazione di aree a rischio o marginali. PREREQUISITI RICHIESTI Sono requisiti fondamentali una conoscenza della matematica di base ovvero: - Algebra elementare (risoluzioni di equazioni e di disequazioni di I e II grado). - Trigonometria (conversione gradi radianti; funzioni trigonometriche e relazioni di conversione). E richiesto il possesso di un adeguata preparazione iniziale in chimica e biologia.

2 FREQUENZA LEZIONI Il corso non è a frequenza obbligatoria, tuttavia si consiglia fortemente la presenza in particolar modo durante lo svolgimento delle esercitazioni. Fortemente consigliata CONTENUTI DEL CORSO Lezioni frontali: - presentazione del metodo sperimentale su cui si fonda la fisica; - derivazione delle leggi che sono alla base di modelli e teorie. Esercitazioni frontali: complementi di argomenti trattati durante le lezioni, proposizione e risoluzione di esercizi di particolare interesse, con lo scopo di fare capire allo studente i metodi di impostazione e di risoluzione dei problemi proposti. Le sostanze elementari (ossidi, idrossidi, acidi, sali); equilibri in soluzione; ph; soluzioni tampone; legami chimici; numeri di ossidazione; reazioni di ossido-riduzione; principali gruppi funzionali dei composti organici; gli zuccheri, i grassi, le proteine. Definizione di terreno; orizzonti e profilo; porosità; tessitura e caratteristiche delle diverse frazioni granulometriche. La matrice litologica; silicati e non silicati; minerali argillosi; i fillosilicati del suolo; sostituzione isomorfa; fillosilicati 1:1; fillosilicati 2:1. Lo scambio cationico; il fenomeno e le caratteristiche; capacità di scambio; basi di scambio. Gli organismi del suolo; attività microbica e proprietà del suolo; ruolo dei microrganismi nei cicli biogeochimici. Gli enzimi del suolo; catalisi enzimatica; localizzazione enzimi; enzimi extracellulari loro funzioni e proprietà. La rizosfera; definizione; rizodeposizioni ed essudati radicali; fattori che influenzano il rilascio degli essudati; interazioni pianta microrganismi alla rizosfera. Biodegradazione di composti naturali e xenobiotici; microrganismi e risanamento ambientale. Ciclo del carbonio; natura ed origine della sostanza organica; frazione attiva e frazione stabilizzata; proprietà della sostanza organica ed effetti nel terreno; processi di mineralizzazione; processi di umificazione; acidi umici, acidi fulvici, umine. Ciclo dell azoto; nitrogenasi, batteri azoto-fissatori; batteri ammonio-ossidanti; batteri nitritoossidanti.

3 Ciclo del fosforo; batteri PGPR. Ciclo dello zolfo; batteri zolfo-ossidanti. Metodi di studio della microflora del suolo; metodi microbiologici (isolamento su terreni selettivi, caratterizzazione fenotipica) e molecolari (estrazione del DNA, PCR e sue applicazioni, sequenziamento). Cicli energetici: anabolismo e catabolismo; fotosintesi clorofilliana; glicolisi; ciclo di Krebs; fosforilazione ossidativa. Esercitazioni: Titolazione acido base Metodi di studio della microflora del suolo. Test di germinazione (Lepidium sativum). TESTI DI RIFERIMENTO Serway Principi di Fisica volume unico - Edises Halliday - Resnick - Walker Fondamenti di Fisica - volume unico 1. P. Sequi. Fondamenti di chimica del suolo. Pàtron Editore. 2. P. Violante. Chimica del suolo e della nutrizione delle piante. Edagricole. 3. M. Bosetto, I. Lozzi. Elementi di biochimica agraria. Aracne. 4. Dispense distribuite dal docente durante il corso di insegnamento; articoli scientifici da riviste nazionali ed internazionali. PROGRAMMAZIONE DEL CORSO * Argomenti Riferimenti testi 1 unità di misura 2 vettori 3 cinematica

4 4 dinamica 5 fluidodinamica 6 termodinamica * Argomenti Riferimenti testi 1 Introduzione al corso. Esempi di ricerca applicata nel campo della chimica agraria. Slides 2 * Le sostanze elementari (ossidi, idrossidi, acidi, sali). Testo di Chimica 3 * Equilibri in soluzione Testo di Chimica 4 * ph; Soluzioni tampone. Testo di Chimica 5 * Legami chimici Testo di Chimica 6 * Numeri di ossidazione Testo di Chimica 7 * Reazioni di ossido-riduzione Testo di Chimica 8 Principali gruppi funzionali dei composti organici: zuccheri, grassi, proteine. 9 Definizione di terreno: orizzonti e profilo; porosità; tessitura e caratteristiche delle diverse frazioni granulometriche. 10 * La matrice litologica: silicati e non silicati; minerali argillosi; i fillosilicati del suolo; sostituzione isomorfa; fillosilicati 1:1; fillosilicati 2:1. 11 Lo scambio cationico; il fenomeno e le caratteristiche; capacità di scambio; basi di scambio. 12 Gli organismi del suolo: attività microbica e proprietà del suolo; ruolo dei microrganismi nei cicli biogeochimici. 13 La rizosfera: definizione; rizodeposizione ed essudati radicali; fattori che influenzano il rilascio degli essudati; interazioni pianta microrganismi alla rizosfera. 14 * Gli enzimi del suolo: catalisi enzimatica; localizzazione enzimi; enzimi extracellulari loro funzioni e proprietà. Testo 3: cap Testo 1: cap 11 Testo 1: cap 1 Testo 1: cap 3 Testo 1: cap 5 Testo 1: cap 6 Testo 1: cap 5

5 15 Biodegradazione di composti naturali e xenobiotici; microrganismi e risanamento ambientale. 16 Ciclo del carbonio: natura ed origine della sostanza organica; frazione attiva e frazione stabilizzata; proprietà della sostanza organica ed effetti nel terreno; processi di mineralizzazione; processi di umificazione; acidi umici, acidi fulvici, umine. 17 * Ciclo dell azoto: nitrogenasi, batteri azoto-fissatori; batteri ammonioossidanti; batteri nitrito-ossidanti. Slides Testo 1: cap 7 Testo 1: cap Ciclo del fosforo: batteri PGPR. Testo 1: cap Ciclo dello zolfo: batteri zolfo-ossidanti. Testo 1: cap * Metodi di studio della microflora del suolo; metodi microbiologici (isolamento su terreni selettivi, caratterizzazione fenotipica) e molecolari (estrazione del DNA, PCR e sue applicazioni, sequenziamento). Slides 21 Cicli energetici: anabolismo e catabolismo. Testo 3: cap Fotosintesi clorofilliana: fase oscura e fase luminosa. Testo 3: cap * Glicolisi; Ciclo di Krebs; Fosforilazione ossidativa. Testo 3: cap Esercitazione: Titolazione acido base. 25 Esercitazione: Metodi di studio della microflora del suolo. 26 Esercitazione: Test di germinazione (Lepidium sativum). * Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame. N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame. MATERIALE DIDATTICO Serway Principi di Fisica volume unico - Edises Halliday - Resnick - Walker Fondamenti di Fisica - volume unico Slide del docente fornite durante il corso

6 VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO L esame consiste nel superamento di una prova scritta che prevede: a) la risoluzione di alcuni problemi tipici di meccanica del punto materiale e dei sistemi di punti materiali, e di termodinamica; b) l enunciazione e/o la dimostrazione di uno o più quesiti. L esame è da ritenersi superato positivamente se e solo se la votazione riportata nella risoluzione dei problemi è sufficiente. La risposta esatta ai quesiti incrementa il voto finale d esame, ma non vale ai fini del positivo superamento della prova d esame. Durante il semestre di lezione verranno svolte due prove in itinere per la valutazione dell'apprendimento. Orale DATE DEGLI APPELLI Come da calendario pubblicato sul sito PROVE IN ITINERE Nessuna PROVE DI FINE CORSO L esame consiste nel superamento di una prova scritta che prevede: a) la risoluzione di alcuni problemi tipici di meccanica del punto materiale e dei sistemi di punti materiali, e di termodinamica; b) l enunciazione e/o la dimostrazione di uno o più quesiti. L esame è da ritenersi superato positivamente se e solo se la votazione riportata nella risoluzione dei problemi è sufficiente. La risposta esatta ai quesiti incrementa il voto finale d esame, ma non vale ai fini del positivo superamento della prova d esame. Nessuna ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

7 Calcolare il numero di ossidazione di un elemento in un composto Differenza tra acidi forti e acidi deboli Calcolare la Molarità e/o Normalità di una soluzione