OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di introdurre lo studente alla conoscenza della chimica strutturale dei solidi inorganici, delle principali tecniche di caratterizzazione strutturale (raggi X), microstrutturale (microscopia ottica, SEM con microsonda), calorimetriche (calorimetria differenziale a scansione, DTA, termogravimetria) di materiali inorganici. Percorso formativo finalizzato allo sviluppo di capacità di analisi critica dei risultati sperimentali ottenuti.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il percorso didattico affrontato durante il corso porterà alla conoscenza di diversi aspetti della chimica dei solidi inorganici cristallini (ossidi e leghe metalliche in particolare) a partire dalla struttura fino ad arrivare alla loro caratterizzazione. Oltre alla struttura cristallina, si parlerà della microstruttura soprattutto legata alla conoscenza dei diagrammi di stato a due componenti riprendendo alcuni concetti introdotti nel corso di Chimica Inorganica 1 che qui verranno approfonditi, ampliati e discussi in aula.  Durante le lezioni il docente utilizzerà sia presentazioni in power point sia video in grado di aiutare l’apprendimento e coinvolgere gli studenti. Sono previste inoltre alcune esercitazioni pratiche in aula e visite presso i laboratori di ricerca per approfondire la conoscenza delle tecniche di caratterizzazione affrontate durante le lezioni teoriche. In particolare si parlerà di tecniche di diffrazione a raggi x (Camera di Debye-Scherrer, diffrattometro automatico tipo Bragg-Brentano), tecniche di microscopia ottica ed elettronica con analisi alla microsonda, tecniche termoanalitiche (TA, DTA, TG) e calorimetriche (DSC, calorimetria diretta ed indiretta). Al termine del corso, lo studente dovrà dimostrare la capacità di analisi critica di diversi dati sperimentali riguardanti un sistema binario "modello" quale il Mg-Cu.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni in aula (presentazioni in power point, video, discussione); esercitazioni in aula a gruppi; visite nei laboratori di ricerca a gruppi.

PROGRAMMA/CONTENUTO

- Solidi cristallini ed amorfi. Reticoli di Bravais. Simboli di Pearson. Indici di Miller. Strutture compatte. Allotropia e Polimorfismo. Elementi di simmetria puntuale ed operazioni di simmetria correlate, gruppi puntuali, simmetria traslazionale, elementi di simmetria spaziale ed operazioni di simmetria correlate, gruppi spaziali. Posizioni di Wychoff.

- Caratteristiche delle radiazioni X. Effetto termoionico. Produzione RX. Radiazioni Kα e Kβ. Interazione RX e materia. Diffrazione RX. Legge di Bragg. Descrizione metodo Debye-Scherrer. Coni di diffrazione. Determinazione dei parametri reticolari di un solido cristallino. Equazione di Nelson-Riley per la correzione degli errori. Diffrattometro automatico, Geometria di Bragg-Brentano.

- Descrittiva della preparazione di NaxWO3 con metodo ceramico. Struttura e proprietà di bronzi di tungsteno. Elettrocromismo.

- Diagrammi di fase. Regola delle fasi di Gibbs. Limiti di solubilità. Soluzioni solide sostituzionali ed interstiziali. Estensione di campi monofasici. Composti intermetallici e fasi intermetalliche. Correlazione tra curve di energia libera di Gibbs e diagramma di stato. Regola della leva. Tie-lines. Diagramma isomorfo. Equilibrio eutettico. Equilibrio monotettico ed eutettoidico Equilibrio peritettico e peritettoide. Evoluzione microstruttura al raffreddamento. Fenomeno del coring o segregazione. Esempi reali di diagrammi binari con equilibrio eutettico. Descrizione di diagrammi eutettici per solventi organici. Diagramma Fe-C: descrizione delle microstrutture al raffreddamento con la perlite.

- Metodi classici di sintesi di leghe metalliche (forno ad arco, forno ad induzione), crogioli. Descrizione preparativa leghe del sistema Mg-Cu: strategia e problematiche. Preparazione provini metallografici.

- Microscopia ottica: principi funzionamento del microscopio a riflessione. Criterio di Rayleigh: limite di risoluzione, profondità di campo. Modalità Bright-Field, Dark-Field, Luce Polarizzata.

- Microscopia elettronica: schema generale microscopio. Produzione del fascio primario: sorgenti termoioniche (filamento W e LaB6) e ad emissione di campo. Collimazione del fascio, confronto tra le diverse sorgenti. Volume di interazione tra fascio primario e campione. Interazioni elastiche ed anelastiche tra fascio primario e campione. Segnali BSE e SE e Coefficienti h e d. Microanalisi mediante segnale RX: detector WDX ed EDS. Analisi qualitativa tramite detector EDS. Correzione “ZAF”. Mappe composizionali in microanalisi.

- Tecniche termoanalitiche. Effetto Seebeck e termocoppie. Analisi termica ed analisi termica differenziale: principio di funzionamento ed interpretazione termogrammi. Termogravimetria: parametri di misura, schema strumento, funzionamento termobilancia. Curve TGA e DTG. Applicazioni TGA. Analisi EGA-TGA e TGA-DTA.

- Calorimetria: calorimetro adiabatico, isotermo, isoperibolico, a flusso termico. Metodi di misura di effetti termici. Calorimetria differenziale a scansione: DSC a compensazione di potenza. DSC a flusso (tipo Calvet, 1D e 3D). Metodo di misura del calore specifico in modo continuo e “step by step” mediante DSC. Determinazione di transizioni di fase: esempi di applicazioni. Espressione Cp e legge di Kopp-Neumann.

- Metodi calorimetrici per la determinazione dell’entalpia di formazione e dell’entalpia di miscela. Calorimetria diretta ed indiretta. Calorimetro a dissoluzione di tipo Calvet. Calorimetro a caduta ad alta temperatura. Variabili sperimentali ed affidabilità della misura. Esempi ed applicazioni.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

SERENA DE NEGRI (Presidente)

SIMONA DELSANTE (Presidente)

NADIA PARODI (Presidente)

PAOLA RIANI

PAVLO SOLOKHA

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 24 settembre 2018 secondo l'orario pubblicato sul sito http://www.chimica.unige.it/didattica/Home_CTC

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame, della durata di circa un'ora, è orale. Verranno discussi i risultati sperimentali elaborati dallo studente sul sistema modello Mg-Cu ed affrontati gli argomenti del corso.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La preparazione dello studente verrà giudicata  non solo rispetto alle nozioni apprese ma anche alla capacità di elaborazione di queste sotto la guida del docente. 

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

L'esame potrà essere sostenuto solo dopo aver sostenuto positivamente l'esame relativo al corso di Chimica Inorganica 1 con Laboratorio