PRESENTAZIONE

L’insegnamento “Chimica Inorganica 2” segue idealmente gli insegnamenti “Chimica Generale ed Inorganica” e “Chimica Inorganica 1 con Laboratorio”; infatti affronta in maniera più approfondita lo studio dello stato solido sia dal punto di vista strutturale che microstrutturale introducendo inoltre diverse tecniche sperimentali di caratterizzazione. I 5 crediti previsti sono suddivisi tra lezioni frontali (4 crediti) ed esercitazioni pratiche (1 credito) condotte sia in aula sia presso i laboratori di ricerca.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si propone di introdurre lo studente alla conoscenza della chimica strutturale dei solidi inorganici e delle principali tecniche di caratterizzazione strutturale (diffrazione a raggi X), microstrutturale (microscopia ottica, elettronica), termoanalitiche (analisi termica differenziale, termogravimetria) e calorimetriche di materiali inorganici. Il percorso formativo è finalizzato anche allo sviluppo di capacità di analisi critica di risultati sperimentali in casi reali.

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, utilizzando il materiale fornito dal docente.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni in aula (presentazioni in power point, video, discussione); esercitazioni in aula a gruppi guidata dal docente; visite nei laboratori di ricerca a piccoli gruppi con relative esercitazioni pratiche guidate dal docente.

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 (RX). 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 relativi  coefficienti di emissione. 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 (TA) ed Analisi Termica Differenziale (DTA): principio di funzionamento ed interpretazione termogrammi. Termogravimetria (TGA): 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): 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.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Le diapositive utilizzate durante le lezioni saranno rese disponibili sull’istanza Aulaweb del corso. Saranno inoltre fornite alcune letture (articoli, monografie, link etc) utili.

Alcuni testi per integrare gli appunti presi in aula sono i seguenti:

J. Goldstein et al. “Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis”, Kluwer Academic.

H. Rhines, "Phase Diagrams in Metallurgy", Mc Graw-Hill Book Company, p. 1-170.

W.D. Callister: Materials Science and Engineering, 6th ed.  Wiley.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

SERENA DE NEGRI (Presidente)

SIMONA DELSANTE (Presidente)

GABRIELE CACCIAMANI

ANNA MARIA CARDINALE

DIEGO COLOMBARA

MAURO GIOVANNINI

NADIA PARODI

PAOLA RIANI

PAVLO SOLOKHA

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 23 settembre 2019 secondo l'orario riportato su  http://www.chimica.unige.it/didattica/orari_CTC  e/o   https://corsi.unige.it/8757 )

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova orale della durata indicativa di un’ora. Durante l’interrogazione verranno discussi i risultati sperimentali elaborati dallo studente sul sistema “modello” Mg-Cu e verificata la conoscenza degli argomenti affrontati durante le lezioni frontali e le esercitazioni pratiche.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La preparazione dello studente verrà accertata non solo rispetto alle conoscenze degli argomenti affrontati durante le lezioni frontali, le esercitazioni in aula e presso i laboratori di ricerca ma anche rispetto alle competenze acquisite ed allo sviluppo di analisi critica di risultati in casi reali.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

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