Chimica

Contenuto dell’insegnamento, programma Richiami di chimica dello stato solido: proprietà e rappresentazione delle strutture dei materiali cristallini; difetti nei solidi; diffusione e mobilità ionica; soluzioni solide. Metodi di preparazione dei materiali inorganici. Reazioni allo stato solido: principi generali e considerazioni strutturali. Metodi di preparazione di materiali inorganici: materiali policristallini, cristalli singoli, nano materiali. Metodo sol-gel; deposizioni auto-assemblanti (SAM, ADL); deposizione di film sottili; metodi CVD, MBE, ion sputtering e laser ablation. Diffrazione di raggi-X. Produzione e assorbimento dei raggi-X. Richiami di cristallografia. Metodo delle polveri: identificazione delle fasi cristalline, determinazione precisa dei parametri di cella, misura della dimensione media dei cristallini per la stima dell’area superficiale specifica. Proprietà morfologiche e tessitura dei sistemi inorganici. Interazione gas-solido: fondamenti teorici. Adsorbimento Chimico e fisico. Determinazione dell'area superficiale e della struttura porosa. Esempi di materiali micro-, meso- e macro-porosi. Misura dell'area superficiale mediante il metodo BET. Reattività in ambiente controllato. Riduzione a Temperatura Programmata (TPR), Desorbimento a Temperatura Programmata (TPD). Metodi spettroscopici: principi generali, interazione radiazione-materia. Spettroscopia UV-vis: studio degli spettri UV-visibile dei solidi. Spettroscopia ottica di riflettanza: teoria di Kubelka-Munk per la riflettanza diffusa. Applicazioni allo studio dei composti dei metalli di transizione, diagrammi Tanabe-Sugano. Scattering Raman: concetti fondamentali e studio delle proprietà di bulk e delle strutture molecolari di superficie di materiali inorganici. Spettroscopia IR: concetti fondamentali; applicazioni per la caratterizzazione delle proprietà di superficie mediante molecole sonda. Microscopie di superficie. Microscopia a forza atomica (AFM) e ad effetto tunnel (STM): principi fondamentali ed applicazioni allo studio di materiali innovativi. Attività di laboratorio: caratterizzazione di vari tipi di materiali mediante: i) diffrazione di raggi-X: ii) misura della superficie specifica; iii) spettroscopia UV-vis; iv) scattering Raman

L'insegnamento si trova nel percorso magistrale di Chimica, al primo anno, secondo semestre. Alcune conoscenze preliminari di base sono indispensabili, in particolare quelle derivanti dai corsi triennali di Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Organica e Chimica Fisica, quali ad esempio la capacità descrivere la reattività di gruppi funzionali, utilizzare i fondamenti della stechiometria, della cinetica e termodinamica.

Materiale didattico messo a disposizione dal Docente reperibile sul sito web del corso

La frequenza delle lezioni dell’insegnamento non è obbligatoria ma consigliata.

Le modalità attraverso cui viene accertato l'effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento consistono in un esame orale, nel quale viene richiesto allo studente di descrivere anche con esempi, quanto appreso nel corso. E’ prevista anche una prova in itinere, non vincolante volta ad accertare le conoscenze e le abilità che caratterizzano la materia su cui verterà l’esame. La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza e di approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode). La valutazione consiste di una prova orale. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative. La collocazione temporale delle prove d'esame sarà al termine dell'insegnamento e nelle sessioni previste dal CAD (giugno-luglio, settembre, gennaio-febbraio) La prova d’esame prevede domande a risposta aperta sugli argomenti trattati nel corso, corredate da esempi. Le risposte vengono valutate per completezza di contenuto, capacità di sintesi e collegamenti tra i diversi temi sviluppati durante il corso. Gli esempi sono utili a verificare la capacità di interpretazione della struttura e reattività delle macromolecole. Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi: la base teorica seguita dallo studente per l'esposizione del quesito, la capacità di ragionamento, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica. Per superare l'esame lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti concernenti le tematiche del corso. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente, con capacità di correlazione tra struttura chimica e proprietà. Verranno inoltre proposti agli studenti degli argomenti attuali dalla letteratura recente, da sviluppare e da proporre come argomento all’esame orale.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali con lo svolgimento di numerosi esempi atti a dimostrare ed applicare gli aspetti teorici esposti. In particolare, sono previste 40 ore complessive di didattica frontale (5 CFU) atte alla acquisizione delle conoscenze evidenziate negli obiettivi formativi ed 1 CFU di attività pratiche di laboratorio. Per sviluppare la capacità di applicare le conoscenze si prevede lo svolgimento di esempi, anche tratti dalla letteratura recente al fine di stimolare negli studenti capacità critica nel settore dei nuovi materiali. Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula, con due lezioni ognuna da due ore, per un totale di 4 ore settimanali e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di lavagna e/o diapositive su power-point. La frequenza delle lezioni dell’insegnamento non è obbligatoria ma consigliata.

Richiami di chimica dello stato solido: proprietà e rappresentazione delle strutture dei materiali cristallini; difetti nei solidi; diffusione e mobilità ionica; soluzioni solide. Metodi di preparazione dei materiali inorganici. Reazioni allo stato solido: principi generali e considerazioni strutturali. Metodi di preparazione di materiali inorganici: materiali policristallini, cristalli singoli, nano materiali. Metodo sol-gel; deposizioni auto-assemblanti (SAM, ADL); deposizione di film sottili; metodi CVD, MBE, ion sputtering e laser ablation. Diffrazione di raggi-X. Produzione e assorbimento dei raggi-X. Richiami di cristallografia. Metodo delle polveri: identificazione delle fasi cristalline, determinazione precisa dei parametri di cella, misura della dimensione media dei cristallini per la stima dell’area superficiale specifica. Proprietà morfologiche e tessitura dei sistemi inorganici. Interazione gas-solido: fondamenti teorici. Adsorbimento Chimico e fisico. Determinazione dell'area superficiale e della struttura porosa. Esempi di materiali micro-, meso- e macro-porosi. Misura dell'area superficiale mediante il metodo BET. Reattività in ambiente controllato. Riduzione a Temperatura Programmata (TPR), Desorbimento a Temperatura Programmata (TPD). Metodi spettroscopici: principi generali, interazione radiazione-materia. Spettroscopia UV-vis: studio degli spettri UV-visibile dei solidi. Spettroscopia ottica di riflettanza: teoria di Kubelka-Munk per la riflettanza diffusa. Applicazioni allo studio dei composti dei metalli di transizione, diagrammi Tanabe-Sugano. Scattering Raman: concetti fondamentali e studio delle proprietà di bulk e delle strutture molecolari di superficie di materiali inorganici. Spettroscopia IR: concetti fondamentali; applicazioni per lacaratterizzazione delle proprietà di superficie mediante molecole sonda. Microscopie di superficie. Microscopia a forza atomica (AFM) e ad effetto tunnel (STM): principi fondamentali ed applicazioni allo studio di materiali innovativi. Attività di laboratorio: caratterizzazione di vari tipi di materiali mediante: i) diffrazione di raggi-X: ii) misura della superficie specifica; iii) spettroscopia UV-vis; iv) scattering Raman.

Bibliografia di riferimento A.R. West, "Solid State Chemistry and its applications", J. Wiley & Sons; L.E Smart, L.E. Moore, “Solid State Chemistry. An Introduction", Taylor & Francis; W. D. Callister, Jr. "Materials Science and Engineering - An Introduction" J. Wiley & Sons;

Frequenza facoltativa delle lezioni. Frequenza obbligatoria delle attività di laboratorio.

La verifica finale consiste in un colloquio orale volta ad accertare le conoscenze e le abilità che caratterizzano la materia su cui verte l’esame.

Lezioni frontali in presenza. Attività di laboratorio in presenza.