Obiettivi formativi
Conoscenze e comprensione: il corso vuole introdurre lo studente alla conoscenza dei solidi cristallini e del fenomeno della diffrazione che è alla base della loro caratterizzazione. Gli argomenti illustrati vanno dal processo di formazione dei solidi, alla simmetria della loro struttura periodica, delle transizioni di fase, all'interazione radiazione-materia che origina i fenomeni dello scattering e della diffrazione. In quest'ultimo ambito vengono fornite informazioni sulle tecniche di impiego comune e sul loro utilizzo. Vengono inoltre trattati la reattività chimica dei solidi, la chimica del processo SolGel, la preparazione di nanoparticelle e fim sottili e la funzionalizzazione di superfici. La parte sperimentale di laboratorio fornisce allo studente l'opportunità di affrontare diverse esperienze pratiche con l'approccio del ricercatore, prestando attenzione alla metodologia di esecuzione di un esperimento, evidenziando l'importanza dell'osservazione del fenomeno rispetto alla sua semplice replica.
Conoscenze e comprensione applicate: il corso fornisce gli strumenti per prevedere ed interpretare il comportamento della materia allo stato solido in funzione delle condizioni al contorno e caratterizzare lo stato solido sulla base delle proprietà strutturali. Vengono trattate le basi applicative della chimica inorganic,a che permettono di sfruttare le proprietà dei composti per preparare materiali per la costruzione di "devices".
Capacità di appendere: oltre agli strumenti metodologici, il corso fornisce agli studenti il linguaggio di base della chimica dello stato solido, permettendo allo studente di leggere e comprendere testi di base ed avanzati sull'argomento e di affrontare la specifica letteratura scientifica.
Capacità di comunicare: lo studente acquisisce il linguaggio - corretto che gli permette sia di dialogare con gli specialisti che di tradurre correttamente concetti anche complessi in un linguaggio comprensibile.
Autonomia di giudizio: lo studente viene sollecitato ad elaborare collegamenti non solo fra tra le diverse parti del corso ma anche con concetti di base acquisiti nei corsi precedenti per sviluppare una capacità di giudizio autonoma basata su una conoscenza allargata ai vari aspetti della problematica in esame.
Prerequisiti
nessuno
Contenuti dell'insegnamento
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 e spaziale dei reticoli di Bravais e dei reticoli cristallini.
Scattering e diffrazione di raggi X. Legge di Bragg ed equazioni di Laue. Reticolo reciproco. Costruzione di Ewald. Fattore di struttura ed equazione della densità elettronica. 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 soluzione solida. 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
Esperienze di Laboratorio riguardanti concetti di base e applicazioni della chimica inorganica:
Chimica del processo SolGel: preparazione di xerogel silicei, preparazione di xerogel ibridi organici-inorganici e loro utilizzo per la purificazione di soluzioni di metalli.
Preparazione e stabilizzazione di nanoparticelle metalliche e di ossidi. Utilizzo di polimeri organici solubili in acqua per la separazione di nanoparticelle da soluzione.
Preparazione di film a base di ossidi metallici colorati e preparazione di vetri conduttori a ossido di stagno.
Funzionalizzazione di una superficie di argento con strato monomolecolare organico.
Ferrofluidi a base di magnetite. Formazione di film elettrocromici a base di cianometallati di ferro.
Costruzione di una cella fotovoltaica DSSC.
Programma esteso
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Bibliografia
Solid state chemistry and its applications
John Wiley & Sons Ltd., Chichester
appunti del docente in rete
Metodi didattici
Lezioni frontali ed attività di laboratorio. Le esperienze pratiche sono effettuate singolarmente.
Modalità verifica apprendimento
Correzione di un manoscritto riguardante le esperienze di laboratorio. Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione dei concetti trattati sono verificati attraverso un esame orale che ha lo scopo di verificare anche l'acquisità capacità di comunicare.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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