Obiettivi formativi
Al termine dell’attività formativa lo studente dovrebbe aver acquisito conoscenze e competenze relative alla natura dello stato solido ed alle sue proprietà di simmetria, ai principi generali della diffrazione come conseguenza della periodicità degli atomi nei cristalli, al polimorfismo, alle transizioni di fase, alla reattività dei solidi. In particolare lo studente dovrebbe essere in grado di: 1. Conoscere le tecniche di sintesi di composti inorganici e di preparazione di materiali, la reattività dei solidi e la sinterizzazione di ceramici. Conoscere i principali tipi di impacchettamenti cristallini ed i fattori che li governano, i metodi di caratterizzazione strutturale e le correlazioni tra struttura e proprietà. Conoscere le soluzioni solide e la loro importanza nel campo dei materiali. Utilizzare il linguaggio specifico e la terminologia proprie della disciplina. (Conoscenza e capacità di comprensione) 2. Comprendere ed in alcuni casi prevedere la relazione fra struttura e proprietà di sistemi anche complessi. Pianificare una sperimentazione nel campo attraverso attività individuale e/o di gruppo. Pianificare la caratterizzazione di campioni reali utilizzando la strumentazione scientifica adeguata. Elaborare i dati scientifici anche avvalendosi di metodi informatici/computazionali avanzati (Capacità di applicare conoscenza e comprensione) 3. Organizzare una attività sperimentale valutando criticamente le proprie conoscenze/capacità e dimostrare autonomia di giudizio nel valutare e quantificare i risultati. Valutare criticamente le tecniche di caratterizzazione in funzione del problema sperimentale (Autonomia di giudizio - making judgments). 4. Comunicare in forma scritta ed orale, anche in lingua inglese e con utilizzo di sistemi multimediali, interagendo con altre persone e lavorando in gruppo su problematiche chimico/scientifiche (Abilità comunicative) 5. Affrontare e discutere nuove tematiche scientifiche o professionali, apprendendo in modo autonomo e reperendo le informazioni utili da letteratura, banche dati ed internet. (Capacità di apprendimento)
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Il corso si propone di fornire allo studente magistrale gli aspetti caratterizzanti della chimica dello stato solido. I contenuti proposti durante le lezioni spaziano dall’origine della periodicità tridimensionale delle strutture cristalline al processo di cristallizzazione ed alla formazione degli amorfi, dalle regole fondamentali della simmetria alla sua descrizione nei gruppi spaziali, dal fenomeno dello scattering alla diffrazione nei cristalli, dalla classificazione delle strutture cristalline ai fattori che le governano, dalle transizioni di fase alla reattività dei solidi e al processo di sinterizzazione dei ceramici. Inoltre il corso introduce gli studenti agli aspetti pratici della diffrazione di raggi X di polveri ed al loro uso in campo strutturale ed analitico.
Programma esteso
Lo stato cristallino. Origine della periodicità tridimensionale. Processo di cristallizzazione. Nucleazione e crescita: Materiali amorfi e vetri.
Reticolo di Bravais e reticolo cristallino. Classificazione dei reticoli sulla base della simmetria. Simmetria puntuale. Gruppi puntuali dei reticoli di Bravais: i sistemi cristallografici. Gruppi puntuali dei reticoli cristallini: le 32 classi cristallografiche. Operazioni di simmetria con traslazione. Gruppi spaziali dei reticoli di Bravais e dei reticoli cristallini.
Raggi X. Processo di scattering: Thomson e Compton. Fattore di scattering atomico. Scattering e diffrazione. Legge di Bragg ed equazioni di Laue. Reticolo reciproco. Costruzione di Ewald. Fattore di struttura. Equazione della densità elettronica. Simmetria della figura di diffrazione. Il problema della fase in cristallografia e la sua possibile soluzione.
Aspetti pratici della diffrazione X. Diffrazione di cristallo singolo. Diffrazione di polveri. Banche dati cristallografiche.
Classificazione delle strutture cristalline. Impacchettamento compatto e modello eutattico. Principali tipi di strutture cristalline di composti binari e ternari.
Polimorfismo e transizioni di fase. Classificazione cinetica delle transizioni. Classificazione termodinamica. Transizioni continue e discontinue. Trends cristallografici nelle transizioni di fase in funzione di T e P.
Il concetto di soluzioni solide. Soluzioni solide interstiziali e sostituzionali. Sostituzioni eterovalenti e meccanismi di compensazione di carica.
Reattività dei solidi. Reazioni di stato solido. Principi e meccanismi. Aspetti sperimentali. Sinterizzazione. Materiali ceramici e loro applicazioni
Bibliografia
Le slide proiettate durante il corso in formato PDF e tutto il materiale impiegato durante le lezioni sono resi disponili agli studenti e condivisi sulla piattaforma Elly. In aggiunta al materiale condiviso, lo studente può approfondire personalmente alcuni argomenti affrontati durante il corso facendo riferimento al testo:
A.R. WEST Solid state chemistry and its application, John Wiley and Sons Ltd., Chichester
Metodi didattici
Il corso ha un peso di 6CFU, che corrispondono a 48 ore complessive di lezione. Le attività didattiche saranno condotte privilegiando lezioni frontali in aula alternate a esercitazioni. Le slide e gli appunti utilizzati a supporto delle lezioni verranno caricate sulla piattaforma Elly, in accordo con la sequenza degli argomenti trattati. Per scaricare le slides è necessaria l’iscrizione al corso on line.
Modalità verifica apprendimento
La valutazione dell’apprendimento è effettuata tramite un esame in forma orale, nel quale lo studente dovrà dimostrare di aver compreso, e di essere in grado di applicare, i concetti fondamentali degli argomenti trattati.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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