Università degli studi dell'Insubria

CHIMICA DELLO STATO SOLIDO MOD.A

A.A. di erogazione 2013/2014

Laurea Magistrale in CHIMICA (A.A. 2012/2013)
Anno di corso: 
2
Tipologia di insegnamento: 
Affine/Integrativa
Settore disciplinare: 
CHIMICA GENERALE E INORGANICA (CHIM/03)
Crediti: 
4
Ore di attivita' frontale: 
32
Dettaglio ore: 
Lezione (32 ore)

Il Modulo A di questo insegnamento si propone di mettere in pratica le conoscenze teoriche acquisite nel corso di Strutturistica Chimica, con particolare riferimento alle procedure di risoluzione strutturale tramite tecniche convenzionali da cristallo singolo, e tecniche innovative da diffrazione da polveri. Come risultati dell’apprendimento ci si aspetta la comprensione delle strategie di raccolta dati e di analisi degli stessi, volte alla determinazione strutturale e microstrutturale di campioni mono- e poli-cristallini.
Il Modulo B di questo insegnamento propone, a titolo esemplificativo e non esaustivo, alcuni aspetti del vasto mondo della chimica dello stato solido, spaziando dalla chimica inorganica a quella organica. Il corso è adatto a studenti con curricula diversi e che siano interessati alla comprensione delle relazioni tra la struttura cristallina e le proprietà funzionali (magnetiche, elettriche, ottiche, termiche, spettroscopiche, ...). Quali risultati dell’apprendimento, ci si attende la comprensione di alcune proprietà funzionali di composti inorganici e organici allo stato solido; delle relazioni tra proprietà e aspetti strutturali; dei collegamenti esistenti tra proprietà funzionali e applicazioni pratiche, anche al livello industriale.

Prerequisiti: 

È un prerequisito necessario per poter affrontare il Modulo A una conoscenze solida di strutturistica chimica e della teoria della diffrazione di raggi X da cristalli. Sono prerequisiti fondamentali per affrontare le tematiche del Modulo B • la conoscenza consolidata di tutti gli argomenti di chimica generale, di chimica inorganica di base e avanzata (e.g. metalli, ossidi inorganici, alogenuri inorganici, composti di coordinazione, leganti e loro proprietà elettroniche, teoria del campo cristallino) e di chimica organica di base (e.g. composti alifatici e aromatici elettrondonatori all’ossigeno, all’azoto, al fosforo e allo zolfo; composti alifatici e aromatici elettronaccettori); • la conoscenza di nozioni e di fondamenti di base di matematica (e.g. integrale, esponenziale, logaritmo, derivata, vettore, tensore, matrice…) e di fisica (e.g. i concetti di forza, pressione, velocità, energia potenziale, energia cinetica…).

Modulo A: Richiami di Teoria della Diffrazione; Sintesi di Patterson; Risoluzione ed Affinamento Strutturale da Dati da Cristallo Singolo; Analisi Strutturale Comparata ed Utilizzo di Banche Dati Cristallografiche; Diffrazione da Polveri: Teoria e Strumentazione; Analisi Qualitativa delle Fasi; Analisi Quantitativa; Indicizzazione da Spettri di Polvere; Metodo di Rietveld.
Modulo B:
1. Polimorfismo: nascita ed evoluzione del concetto di polimorfismo e nomenclatura relativa; frequenza e importanza industriale; origine strutturale; descrizione termodinamica di sistemi monotropici ed enantiotropici; esempi di sistemi polimorfici organici, inorganici e metallorganici. Questo argomento richiede ca. 4 ore di lezione frontale.
2. Proprietà magnetiche dei materiali solidi: introduzione su diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo, antiferromagnetismo, ferrimagnetismo. Suscettività magnetica; leggi di Curie e di Curie-Weiss. Momenti magnetici di spin, orbitalico e totale. Ferromagnetismo: collocazione nella tavola periodica; comportamento degli elementi della transizione d e f; domini magnetici; magnetizzazione di saturazione; curve di isteresi; magneti permanenti; esempi. Antiferromagnetismo: superscambio; esempi. Questo argomento richiede ca. 6 ore di lezione frontale.
3. Composti di intercalazione: evoluzione storica e nomenclatura relativa; meccanismi di intercalazione; sintesi di composti di intercalazione; famiglie di composti intercalati: dicalcogenuri metallici, ossialogenuri metallici, ossidi metallici, zirconio fosfati, grafite, argille. Questo argomento richiede ca. 3 ore di lezione frontale.
4. Proprietà di ottica non lineare in materiali solidi: i concetti di linearità e non linearità; origine e tipologia dei fenomeni di ottica non lineare: generazione di frequenze somma e differenza; generazione di seconda e terza armonica, effetto elettroottico; tecniche di misura; composti per ottica non lineare di secondo ordine: composti inorganici, organici (l’effetto “push-pull”, il metodo dei sali, il modello “a due stati”) e metallorganici. Questo argomento richiede ca. 6 ore di lezione frontale.
5. Proprietà elettriche dei materiali solidi: dielettricità, conduzione elettronica, semiconduzione, superconduzione conduzione ionica; conduzione ionica: introduzione; meccanismi di conduzione; elettroliti; applicazioni degli elettroliti solidi. Questo argomento richiede ca. 5 ore di lezione frontale.

Le attività didattiche del Modulo A constano di lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio di calcolo. Le attività didattiche del Modulo B constano esclusivamente di lezioni frontali.

Il Modulo A e il Modulo B dell’insegnamento non prevedono l’adozione di testi di riferimento. Si avvalgono di materiale didattico preparato ad hoc dai due docenti, comprensivo delle slide proiettate a lezione e di capitoli di libri esclusivamente in lingua inglese, a integrazione di quanto proposto a lezione.
Ciascuno dei due Moduli dell’insegnamento prevede un colloquio finale con attribuzione di un voto. L’esito di ogni colloquio è in trentesimi: il colloquio si ritiene esauriente se il candidato ottiene una votazione pari ad almeno 18/30. Il voto finale è la media aritmetica dell’esito dei due colloqui. Il colloquio orale relativo agli argomenti del Modulo A prevede almeno un quesito sulla parte teorica e almeno un quesito sull’attività condotta durante i laboratori di calcolo. È facoltà dello studente chiedere di esporre, in maniera autonoma e completa, un argomento a propria scelta, tra quelli presentati nelle lezioni a carattere frontale, che non sarà comunque esaustivo dell’intero colloquio. Il voto assegnato dal docente del Modulo A tiene conto sia di correttezza e qualità delle risposte (80%), sia della capacità comunicativa dimostrata dal candidato durante il colloquio (20%). Il colloquio orale relativo agli argomenti del Modulo B prevede almeno un quesito per ognuno dei 5 argomenti di cui sopra. È facoltà dello studente chiedere di esporre, in maniera autonoma e completa, un argomento a propria scelta, tra quelli presentati nelle lezioni a carattere frontale, che non sarà comunque esaustivo dell’intero colloquio. Il voto assegnato dal docente del Modulo B tiene conto sia di correttezza e qualità delle risposte (80%), sia della capacità comunicativa dimostrata dal candidato durante il colloquio (20%).

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