CHIMICA INORGANICA DELLO STATO SOLIDO

CHIMICA INORGANICA DELLO STATO SOLIDO

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iten
Codice
65191
ANNO ACCADEMICO
2017/2018
CFU
6 cfu al 1° anno di 9018 SCIENZE CHIMICHE (LM-54) GENOVA

6 CFU al 1° anno di 9017 SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI (LM-53) GENOVA

SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
CHIM/03
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (SCIENZE CHIMICHE )
periodo
1° Semestre

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Acquisizione di conoscenze nel campo della struttura cristallina dei solidi (riconoscimento di elementi di simmetria, individuazione del gruppo spaziale di una struttura, uso delle Tabelle Internazionali di Cristallografia, ecc.) ed della correlazione tra struttura cristallina e tipologia di legame. Acquisizione di conoscenze nel campo della stabilità termodinamica dei solidi, anche in relazione alla loro struttura (modellizzazione termodinamica delle fasi in sistemi sia mono- che multi-componenti) e capacità di impiego di pacchetti software per il calcolo termodinamico di equilibri di fase e diagrammi di stato in materiali complessi.

Modalità didattiche

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula (sia singole che a gruppi)

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte 1 – Struttura e legame nei solidi cristallini (4 CFU)

Struttura cristallina, celle elementari, piani reticolari, ecc.; operazioni ed elementi di simmetria puntuale; gruppi puntuali cristallografici in 2D e 3D; rappresentazione stereografica; operazioni ed elementi di simmetria spaziale; reticoli di Bravais in 2D e 3D; gruppi spaziali in 2D e 3D; uso delle “International Tables for Crystallography”; descrizione "standard" delle strutture cristalline secondo il “Pearson's Handbook”; coordinazione, istogrammi e poliedri di coordinazione, atomic environments; descrizione delle strutture cristalline compatte in termini di impilamento di piani (triangolari, esagonali e di Kagomé, ecc.); siti interstiziali e loro coordinazione; descrizione dettagliata di alcune strutture tipicamente intermetalliche (hcp, fcc, bcc, dhcp e strutture ordinate da esse derivate, fasi di Laves, altre strutture tra cui a-Mn, CrFe, Fe7W6, CaCu5, ecc.; principi di Laves, teorie di Engel-Brewer e di Altmann-Coulson-Hume-Rothery.

Descrizione dettagliata di alcune tra le principali strutture tipicamente ioniche (salgemma, sfalerite, wurtzite, fluorite, rutilo, cristobalite, cuprite, spinello, perowskiti, silicati, ecc.); razionalizzazione delle strutture ioniche: raggi ionici e regole di Pauling; stabilità (energia di Madelung, equazioni di Born-Mayer e Kapustinskii, diagrammi di Mooser-Pearson e Phillips-van Vechten, ecc.).

Descrizione di alcune strutture tipicamente covalenti (diamante, grafite, ecc.).

Esercitazioni pratiche: 1) Simmetria e gruppi spaziali; 2) Strutture compatte e coordinazione; 3) Correlazione tra struttura e legame. Durante le esercitazioni si apprende l'uso del software Ball&Sticks e del database “Pauling Files”.

Parte 2 – Stabilità termodinamica dei sistemi eterogenei (2 CFU)

Richiami di termodinamica dei sistemi eterogenei (variabili di stato e funzioni di stato, quantità estensive, intensive e potenziali, forme di energia, equazioni caratteristiche, equazione di Gibbs-Duhem, regola delle fasi, topologia dei diagrammi di fase, ZPF lines, ecc.)

Modellizzazione termodinamica delle fasi solide: a) elementi puri (funzioni termodinamiche e loro dipendenza dalla temperatura e dalla pressione, contributo magnetico, ecc. ); b) composti stechiometrici (funzioni di formazione, ecc.); c) soluzioni disordinate (soluzioni ideali, regolari e sub-regolari, approssimazione di Bragg-William, polinomi di Redlich-Kister, ecc.); d) soluzioni ordinate (compound energy formalism, modelli a sottoreticoli per diversi tipi di fasi e di costituenti, estensione a sistemi del terzo ordine e successivi, ecc.). Modellizzazione termodinamica e struttura cristallina.

Il metodo Calphad per il calcolo e la previsione di equilibri di fase e proprietà termodinamiche in sistemi complessi: a) analisi critica dei dati; b) metodi di calcolo a partire da banche dati pre-esistenti; c) metodi di ottimizzazione; d) metodi di estrapolazione e previsione; e) applicazione a sistemi di leghe di interesse tecnologico.

Esercitazioni pratiche: 1) calcolo di diagrammi di stato e proprietà termodinamiche di sistemi binari e ternari; 2) applicazione del calcolo termodinamico a sistemi di interesse tecnologico. Durante le esercitazioni si apprende l'uso del software Thermo-Calc.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Antony R. West, Basic Solid State Chemistry, Wiley

Ulrich Muller, Inorganic Structural Chemistry, Wiley

Hans Lukas, Suzana G. Fries, Bo Sundman, Computational Thermodynamics - The Calphad Method, Cambridge University Press

 

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Su appuntamento

Commissione d'esame

GABRIELE CACCIAMANI (Presidente)

PAOLA RIANI

SERENA DE NEGRI

SIMONA DELSANTE

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula (sia singole che a gruppi)

ESAMI

Modalità d'esame

Valutazione delle relazioni sulle esercitazioni e prova orale finale. Le relazioni sull'attività pratica, redatte individualmente da ogni studente, vengono corrette e valutate dal docente titolare. La media dei voti delle relazioni concorre alla valutazione finale dello studente. L'esame orale è sempre condotto da due docenti di ruolo ed ha una durata di almeno 30 minuti.

Modalità di accertamento

Con le modalità sopra descritte, dato che almeno uno dei due docenti ha esperienza pluriennale di esami nella disciplina, la commissione è in grado di verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare. Il CCS garantisce la corrispondenza tra gli argomenti dell'esame e quelli effettivamente svolti durante il corso. A tal fine il docente responsabile rendere pubblico, all'inizio delle lezioni (in un sito, chiamato aula web riservato a docenti e studenti dell'Ateneo) il programma dettagliato. Inoltre, al termine dell'insegnamento, il registro delle lezioni viene pubblicato in un sito risrrvato ai membri del CCS ed ai rappresentanti degli studenti. In questo modo gli studenti stessi possono verificare l'aderenza a tale norma.