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Chimica dei Materiali

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Materials Chemistry

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Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
MFN1260
Docente
Maria Cristina Paganini (Titolare)
Corso di studio
Scienza e Tecnologia dei Materiali [008716]
Anno
2° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
CHIM/03 - chimica generale e inorganica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti

E' importante che gli studenti e le studentesse abbiano assimilato i concetti base forniti dalla Chimica Generale e Inorganica. In particolare: il legame chimico, le proprietà periodiche, le configurazioni elettroniche.

It is important that students have assimilated the basic concepts provided by General and Inorganic Chemistry. Specifically: chemical bonding, periodic properties, and electronic configurations.
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

  • Acquisire familiarità con l’osservazione e la comprensione delle principali strutture solide di interesse nel campo dei materiali. 
  • Acquisire i concetti relativi alla chimica dei solidi con particolare attenzione a: legame chimico operante nei vari tipi di solido,  energia reticolare,  difettistica, proprietà meccaniche dei solidi.
  • Correlare la conoscenza delle principali strutture alla natura del materiale stesso attarverso conoscenze di cristallo-chimica
  • Collegare i concetti generali della chimica dei solidi alle caratteristiche specifiche e alle applicazioni di vari tipi di materiali strutturali e funzionali (ceramici, vetri, semiconduttori etc.)

 

  • To become familiar with the more common structures of the solid state chemistry (binary and ternary compounds, oxides in particular).
  • To become familiar with the concepts of: chemical bond present in the various types of solids, lattice energy, defects, mechanical properties of solids.
  • Tocrorrelate structure and the nature of the solid through the knowledge of basics of cristallo-chemistry
  • To relate the general concepts  of the solid state chemistry with particular kinds of structural and functional materials (ceramics, glasses, semiconductors etc.)

 

 

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Risultati dell'apprendimento attesi

AI termine dell'insegnamento lo studente/la studentessa dovrà dimostrare di

  • essere in grado di comprendere i principi fondamentali della chimica di stato solido, a partire dall'analisi della struttura dei solidi riconoscendo le varie famiglie strutturali
  • conoscere a fondo le relazioni tra il legame chimico e la natura del materiale stesso
  • applicare e stabilire correlazioni tra struttura e proprietà chimico-fisiche dei materiali
  • saper individuare e descrivere le proprietà meccamiche dei diversi materiali
  • essere in grado di descrivere le proprietà strutturali e chimico-fisiche di alcune classi di materiali funzionali e strutturali
  • saper individuare le fonti da cui trarre informazioni per approfondire autonomamente lo studio delle diverse classi di materiali analizzate.

 

At the end of the course, the student must demonstrate:

  • The ability to understand the fundamental principles of solid-state chemistry, starting from the analysis of solid structures and recognizing various structural families.
  • In-depth knowledge of the relationship between chemical bonding and the nature of the material itself.
  • The ability to apply and establish correlations between structure and chemical-physical properties of materials.
  • The capability to identify and describe the mechanical properties of different materials.
  • The ability to describe the structural and chemical-physical properties of specific classes of functional and structural materials.
  • The skill to identify sources for independently deepening the study of the different classes of materials analyzed.
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Programma

Introduzione ai Materiali.                                                                                   

Richiami alle strutture cristalline di riferimento. Solidi binari e ternari.

Cenni di cristallochimica: legame chimico nei solidi. Solidi covalenti, ionici, metallici, molecolari.  Solidi a base carbonio.     

Proprietà meccaniche dei solidi. Attrazioni e repulsioni nei solidi. Diagrammi Condon-Morse. Comportamento elastico. Sollecitazione e deformazione.  Prove di trazione. Legge di Hooke e modulo di Young. Fase elastica e fase plastica. carico di snervamento e di rottura. Tenacità. Prove d’urto. Prove di fatica. Durezza. Scorrimento viscoso o creep

SOLIDI IONICI

Solidi ionici. Esistenza e dimensione degli ioni. Principi generali che presiedono alla formazione di solidi ionici. Condizioni di formazione di un solido ionico: elettroneutralità locale, rapporto tra raggi ionici. L’energia reticolare nei solidi ionici. Equazioni di Born Landé e Born Mayer. Il ciclo termodinamico di Born-Haber. Elementi di transizione e cristalli ionici. Teoria del campo cristallino. Proprietà magnetiche degli ioni di transizione in cristalli. Energia di stabilizzazione di campo cristallino.                        

DIFETTI PUNTUALI NEI CRISTALLI IONICI.

Tipologia dei difetti. Difetti puntuali intrinseci. Concentrazione di difetti in solidi ionici. La conducibilità ionica nei solidi. Conduttori fast-ion (ioduro d'argento, beta allumina, etc.)  e loro applicazioni. Materiali per batterie. Cenni alle celle a combustibile. I centri di colore. Difetti puntuali non stechiometrici. Soluzioni solide. Difetti aliovalenti e induzione di valenza. Ruolo dei difetti puntuoali nella conduzione ionica.            

MATERIALI CERAMICI

Ceramici tradizionali e silicati. I fillosilicati e le argille. I ceramici tradizionali.: composizione, tecnologie di preparazione. Casting. Processi di cottura. Trasformazioni fisiche e chimiche nella cottura. Ceramici avanzati o neoceramici. Refrattari e ceramici speciali.         

LEGANTI                                                                                         

Leganti aerei e idraulici . Il cemento Portland. Composizione dei cementi ordinari e processi di preparazione. Idratazione dei cementi. Proprietà fisiche e meccaniche dei cementi. Calcestruzzi e calcestruzzi armati.                                                           

VETRI E Vetroceramici                                                                                                      Formazione di fasi vetrose per raffreddamento da fuso: la transizione vetrosa. Tendenza alla formazione di vetri Formatori e modificatori di reticolo  Composizione dei vetriLavorazione del vetro. Trattamenti termici su manufatti di vetro

ZEOLITI

Struttura dei principali sistemi zeolitici, proprietà delle zeoliti. Setacci molecolari, catalizzatori size selective                 

                                                

 

                      

Introduction to materials

Structural aspects of solid materials. The main structural families.

Crystal chemistry. Chemical bond in solids. Carbon based solids.

Mechanical properties of materials. Attraction and repulsion: Condon-Morse diagrams. Testing. Stress strain diagrams.

 Ionic solids. Ions and their size. Pauling laws on ionic solids. Lattice energy and related equations. Born-Haber cycle. Crystal field theory. Magnetic properties of transition metal ions. Crystal field stabilisation energy.

Point defects in ionic solids. Mobility of point defects and ionic conductivity. Fast ion conductors and their applications. Batteries, Fuel cells. Color centres. Non stoichiometric defects. 

Ceramic materials. Chemistry of silicates. Technology of ceramic preparation. Advanced ceramic materials. Cements. Portland cement, preparation, composition properties.

Glasses. The glass transition. Oxide glasses: composition and properties. Glass technologies.

Zeolites. Structure of zeolites. Properties: molecular sieves, size selective catalysts.

 

 

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Modalità di insegnamento

Tipologia Insegnamento

L'insegnamento di 48 ore sarà erogato in presenza. 

Sarà disponibile il materiale didattico sia su Campusnet che  sulla piattaforma Moodle.

  • Comunicazione con gli studenti e le studentesse: email per domande di carattere personale ed eventuale possibilità di colloqui individuali in presenza o in remoto

Frequenza

Frequenza non obbligatoria

The lectures (48 hours) will be in presence. The notes and the slides of the lessons will be uploaded on the Moodle platform and on Capusnet website.

Optional for the class lessons

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame sarà ORALE, in presenza.

Per coloro che frequentano le lezioni sono previsti test di valutazione dell'apprendimento in itinere. A scelta dello/a studente/studentessa questi test potranno entrare a par parte della valutazione finale.

Il voto è in trentesimi

oral exam will be in presence. The evaluation is expressed in thirtieths

For those attending the classes, mid-term assessments are planned to evaluate the learning progress. Depending on the student's preference, these assessments may contribute to the final evaluation.

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Scienza e Ingegneria dei Materiali, Una introduzione
Anno pubblicazione:  
2019
Editore:  
Edises
Autore:  
William D. jr. Callister , David G. Rethwisch
ISBN  
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Dispense del Docente fornite a tutti/e gli studenti/studentesse su piattaforma Campusnet e Moodle.

Notes of the teacher available on Campusnet site and on Moodle



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Note

Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-con-disabilita) e di accoglienza (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) di Ateneo, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-con-disabilita/supporto-agli-studenti-con-disabilita-sostenere-gli-esami).

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Orario lezioniV

Lezioni: dal 04/03/2024 al 24/05/2024

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  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 02/05/2024 12:08
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