Obiettivi formativi
Obiettivo del corso è fornire allo studente conoscenze approfondite relative alla natura dello stato solido ed alle sue proprietà di simmetria, ai principi generali e pratici della diffrazione come conseguenza della periodicità degli atomi nei cristalli, polimorfismo, transizioni di fase e reattività dei solidi.
Nello specifico lo studente dovrà:
- Conoscere i principali tipi di impacchettamenti cristallini ed i fattori che li governano, i metodi di caratterizzazione strutturale nonché comprendere l’influenza della la simmetria cristallina sulle proprietà dei materiali. Comprendere i principi fondamentali della diffrazione X e le relative applicazioni, nonchè padroneggiare gli strumenti essenziali dell’analisi dati. Conoscere gli aspetti associati alla presenza di polimorfismo e la sua importanza nel campo dei materiali e dei sistemi molecolari.
- Individuare, nell’ambito degli argomenti trattati dal corso, l’approccio adeguato all’ottenimento di un determinato obiettivo tramite l’utilizzo di appropriate tecniche di indagine, dimostrando quindi di saper applicare efficacemente le conoscenze acquisite.
-Essere in grado di utilizzare il linguaggio specifico e la terminologia proprie della disciplina al fine di comunicare coerentemente quanto appreso.
Prerequisiti
nessuno
Contenuti dell'insegnamento
Il corso affronta i temi fondamentali della chimica dello stato solido, ponendo particolare attenzione a struttura e proprietà della materia in forma cristallina.
Saranno discusse: 1) Origine della periodicità tridimensionale delle strutture cristalline, 2) concetto di simmetria ed alla sua descrizione tramite i gruppi spaziali.
3) Interazione di raggi X con materia.
4) Analisi cristallografica su cristallo singolo.
5) Analisi cristallografica da polveri microcristalline.
6) Aspetti sperimentali: generazione di raggi X e geometrie strumenti.
7) Polimorfismo e analisi termica differenziale (DSC).
Gli studenti vengono introdotti agli aspetti teorici e pratici sui metodi di indagine della materia allo stato solido (raggi X e analisi termiche), anche tramite esercitazioni che implicano l’analisi di dati reali.
Programma esteso
Lo stato cristallino. Origine della periodicità tridimensionale. Processo di cristallizzazione. Nucleazione e crescita: Materiali amorfi e vetri.
Elementi di simmetria puntuale e traslazionale. Gruppi puntuali, sistemi cristallografici e reticoli di Bravais, Gruppi Spaziali. Reticolo diretto e reticolo reciproco.
Raggi X. Processo di scattering: Thomson e Compton. Fattore di scattering atomico. Scattering e diffrazione. Legge di Bragg ed equazioni di Laue. Costruzione di Ewald. Fattore di struttura. Equazione della densità elettronica. Molecola e pro-molecola. 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. Esempi di strutture cristalline di composti binari e ternari.
Polimorfismo e transizioni di fase in sistemi molecolari. Classificazione termodinamica.
Analisi cristallografica in seguito a diffrazione di raggi X da cristallo singolo.
Analisi cristallografica in seguito a diffrazione di raggi X da polveri.
Analisi termica mediante calorimetri a scansione differenziale.
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. Tutto il software utilizzato per esercitazioni è freeware e reperibile gratuitamente in rete per utilizzo in ambito accademico. In aggiunta al materiale condiviso, lo studente può approfondire personalmente alcuni argomenti affrontati durante il corso facendo riferimento ai testi:
- A.R. WEST Solid state chemistry and its application, John Wiley and Sons Ltd., Chichester
- C. Giacovazzo et al. Fundamentlas of Crystallography, Oxford Science Publications
- Gregory S. Girolami, X-ray Crystallography University Science Books.
-Joel Bernstein, Polymorphism in molecular crystals, Oxford Science Publications
Metodi didattici
Il corso ha un peso di 6 CFU, che corrispondono a 56 ore complessive di lezione, composte da 32 ore di lezione frontale e 24 di esercitazione. Le lezioni frontali consisteranno principalmente nella proiezione di slides ma verrà fatto uso di programmi freeware e contenuti web sia di carattere didattico che scientifico. Tutto il materiale citato verrà caricato sulla piattaforma Elly, in accordo con la sequenza degli argomenti trattati. Le esercitazioni pratiche saranno svolte sia in aula che in laboratorio, con l’obiettivo di coinvolgere direttamente gli studenti nel processo di apprendimento e di dimostrare alcune applicazioni pratiche delle tematiche affrontate, in particolare tramite l’affinamento ed interpretazione di dati di diffrazione da polveri e cristallo singolo.
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
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Il contenuto del corso è marginalmente associato al “Goal 4” dell’a Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile: “Quality education” nel fornire contenuti didattici specialistici.
