Obiettivi formativi
Il Corso intende fornire i fondamenti chimici essenziali per lo studio dei materiali, delle loro proprietà e delle loro interazioni con l’ambiente; sottolineare la relazione fra scienza chimica e applicazioni pratiche e tecnologiche; accrescere negli studenti la consapevolezza dell’importanza delle applicazioni della chimica e della scienza.
Conoscenza e comprensione: al termine del corso lo studente avrà integrato le proprie conoscenze di base sui fenomeni chimico-fisici che regolano il comportamento della materia; avrà appreso i fondamenti delle principali tecniche per lo studio dei materiali; sarà in grado di comprendere (e illustrare) in modo qualitativo il funzionamento delle principali tecniche di indagine; avrà conoscenze riguardanti la sintesi di nuovi materiali.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato le capacità di riconoscere le caratteristiche chimico-fisiche di materiali applicativi sulla base delle conoscenze della loro struttura; sarà in grado di descrivere e confrontare le caratteristiche delle tecniche analitiche/spettroscopiche per lo studio dei materiali.
Autonomia di giudizio: al termine del corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di validità delle tecniche studiate nell’ambito del corso; dovrà aver acquisito le capacità di riconoscere ed elaborare collegamenti non solo fra le diverse parti del corso ma anche con concetti di base trattati in altri insegnamenti
Abilità comunicative: al termine del corso lo studente dovrebbe aver maturato una sufficiente proprietà di linguaggio per comunicare le conoscenze acquisite in modo chiaro, sintetico ed efficace, utilizzando il corretto lessico scientifico, in modo da tradurre correttamente concetti anche complessi in un linguaggio comprensibile.
Prerequisiti
E’ fortemente raccomandato avere seguito il corso di Chimica
Contenuti dell'insegnamento
Il Corso inizia con una parte introduttiva che intende richiamare i concetti essenziali della chimica generale, evidenziare la connessione tra struttura della materia e proprietà chimico-fisiche, e quindi dare un panorama delle possibili interazioni fra radiazione e materia alla base delle fondamentali tecniche chimiche e fisiche utilizzate per lo studio e la caratterizzazione dei materiali. In particolare, si richiamano i concetti fondamentali del legame chimico e delle forze intermolecolari, si illustrano le proprietà elettroniche, vibrazionali e rotazionali delle molecole, si descrivono le proprietà dei nuclei atomici e dei fenomeni nucleari, si ripassano le interazioni con la radiazione elettromagnetica.
La seconda parte del corso sarà dedicata ai materiali innovativi, come i nanomateriali e i materiali funzionali con una rassegna dei principali metodi di sintesi. Saranno descritti in particolare: materiali nanostrutturati come biossido di titanio (importante nella fotocatalisi per il risanamento ambientale), nanoparticelle di argento (per le proprietà biocide), nanocellulosa (per il packaging sostenibile e per il restauro di materiale lignocellulosico); polimeri funzionali ibridi come le poliammidoammine (per l’adsorbimento degli inquinanti e per il trattamento biostatico delle superfici) e i polisilossani (per la funzionalizzazione delle superfici); geopolimeri (materiali sostenibili per l’edilizia) e materiali ceramici.
Una parte del corso sarà dedicata allo studio dei fenomeni chimici che avvengono all'interfaccia tra fasi diverse e ai principali metodi di funzionalizzazione superficiale. In particolare, saranno descritti i fenomeni di adsorbimento superficiale e i principi fondamentali della fotocatalisi. Saranno quindi indagate proprietà come bagnabilità o idrofobicità di superfici mediante la misura dell’angolo di contatto, fenomeni di apparenza del colore e di riflettanza delle superfici.
Nell’ultima parte del corso verranno descritte le principali tecniche chimiche e fisiche di indagine sui materiali, come la diffrattometria di raggi X (XRD), la risonanza magnetica nucleare (NMR) la fluorescenza di raggi X (XRF), la spettroscopia fotoelettronica di raggi X (XPS); saranno approfondite le spettroscopie vibrazionali infrarossa (IR) e Raman e le tecniche di spettroscopia atomica e di spettroscopia UV-VIS; saranno introdotte le tecniche di analisi termica: calorimetria a scansione differenziale (DSC) e la termogravimetria (TGA). Saranno descritte le tecniche di microscopia elettronica a scansione (SEM), la microscopia elettronica in trasmissione (TEM) e la microscopia a forza atomica (AFM) per lo studio della morfologia dei materiali e delle superfici. Saranno brevemente illustrate le tecniche di analisi con fasci ionici (IBA).
Programma esteso
Bibliografia
W. F. Smith, J. Hashemi; Scienza e tecnologia dei materiali. Editore: Mc Graw-Hill Education;
W. D. Callister, D. G. Rethwisch, Scienza e Ingegneria dei materiali. EdiSES.
D.A. Skoog, J.F. Holler, S.R. Crouch; Chimica analitica strumentale. EdiSES;
Altro materiale fornito dall'insegnate
Metodi didattici
Lezione frontale
Modalità verifica apprendimento
La verifica della preparazione consiste in una prova scritta e in una prova orale in cui viene discusso lo scritto presentato presentato dallo studente.
Altre informazioni
E’ consigliata la frequenza in aula.
