PRESENTAZIONE

L’insegnamento “Chimica Inorganica 2” segue idealmente gli insegnamenti “Chimica Generale ed Inorganica” e “Chimica Inorganica 1 con Laboratorio”. Il programma dell’insegnamento permette di affrontare in maniera 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/didattici.

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. Questo comprende esercitazioni presso i laboratori di ricerca. 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 l’insegnamento 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 attivamente gli studenti. Sono previste alcune esercitazioni pratiche in aula e presso i laboratori di ricerca (a piccoli gruppi) per approfondire gli argomenti affrontati durante le lezioni teoriche. In particolare, si parlerà di sintesi di materiali inorganici, tecniche di diffrazione a raggi X su polveri (XRPD), tecniche di microscopia ottica ed elettronica con analisi alla microsonda, tecniche termoanalitiche (TA, DTA, TG) e calorimetriche (DSC).

Al termine del percorso formativo, come esercitazione finale, gli studenti divisi in piccoli gruppi dovranno dimostrare la capacità di analisi critica di diversi dati sperimentali relativi ad un sistema binario "modello" quale il Mg-Cu. Sarà richiesto agli studenti di utilizzare del materiale fornito dal docente riguardante analisi XRPD, LOM, SEM/EDS effettuate su diverse leghe Mg-Cu e preparare una relazione lavorando in gruppo.

PREREQUISITI

Per la comprensione degli argomenti trattati sono necessarie alcune conoscenze acquisite nell’insegnamento di Chimica Inorganica 1 con Laboratorio e sono molto utili concetti relativi all’Insegnamento di Chimica Fisica 1 con Laboratorio.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni in aula supportate da presentazioni in power point e  video esplicativi per un totale di 4CFU. Esercitazioni in aula a gruppi guidata dal docente ed  esercitazioni presso i laboratori di ricerca a piccoli gruppi per un totale di 1 CFU.

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria, ma è consigliata. È obbligatoria invece la frequenza alle esercitazioni pratiche sia in aula sia presso i laboratori di ricerca.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Di seguito l’elenco degli argomenti trattati durante l’insegnamento.

- 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.

- Diagrammi di fase a 2 componenti. Regola delle fasi di Gibbs. Limiti di solubilità. Meccanismi di formazione di soluzioni solide. Composti e fasi intermetalliche. Regola della leva. Tie-lines. Diagramma isomorfo. Equilibri di prima e seconda classe. Evoluzione microstrutture al raffreddamento e segregazione. Esempi reali di diagrammi binari di metalli e di ossidi. Diagramma Fe-C: descrizione di alcune microstrutture al raffreddamento.

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

- 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. Cenni ad analisi EGA-TGA e TGA-DTA.

- Calorimetria differenziale a scansione (DSC): DSC a compensazione di potenza. DSC a flusso (tipo Calvet, 1D e 3D). Misura sperimentale del calore specifico. Determinazione di transizioni di fase: esempi di applicazioni. Espressione Cp e legge di Kopp-Neumann.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Le diapositive utilizzate durante le lezioni saranno rese disponibili sull’istanza Aulaweb dell'Insegnamento. Saranno inoltre fornite alcune letture di approfondimento (articoli, monografie)

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.

Inorganic Structural Chemistry - Ulrich Müller, Casa Editrice Wiley.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

SIMONA DELSANTE (Presidente)

SERENA DE NEGRI

NADIA PARODI (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 30 settembre 2024 secondo l'orario riportato qui 

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova scritta ed in una prova orale. Solo ottenendo un punteggio sufficiente (≥18/30) alla prova scritta si è ammessi alla prova orale. Al voto finale concorreranno entrambe le prove che comunque dovranno raggiungere la sufficienza, oltre al giudizio relativo all’elaborato scritto finale. Durante la prova orale sarà verificata la conoscenza degli argomenti affrontati durante le lezioni, le esercitazioni pratiche e, se necessario, saranno discusse particolari criticità relative alla prova scritta.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La preparazione dello studente sarà 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 (es. lettura di diagrammi di stato reali, analisi critica risultati sperimentali).

La prova scritta avrà la durata di 90’ e sarà composta sia da risposte aperte sia da domande a risposta multipla. L'esame orale è sempre condotto da due docenti di ruolo con esperienza di esami nella disciplina ed ha una durata di almeno 30 minuti.

Attraverso le modalità descritte, la commissione è in grado di verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Se questi non sono raggiunti, lo studente sarà invitato ad approfondire lo studio e, se necessario, ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente.

ALTRE INFORMAZIONI

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