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Oggetto:
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Chimica dei Materiali

Oggetto:

Materials Chemistry

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Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
MFN1260
Docente
Prof. Maria Cristina Paganini (Titolare del corso)
Corso di studio
Scienza e Tecnologia dei Materiali
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 abbiano assimilato i concetti base forniti dalla Chimica Generale e Inorganica. In particolare: il legame chimico, le proprietà periodiche, configurazioni elettoniche.
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

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. 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 (oxides in particular). To become familiar with the concepts of: a) chemical bond present in the various types of solids, lattice energy, defects, mechanical properties of solids. To relate the general concepts  of the solid state chemistry with particular kinds of structural and functional materials (ceramics, glasses, semiconductors etc.)

 

 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza dei fondamenti della chimica di stato solido, conoscenza degli elementi di base su  materiali di tipo ceramico,  alcune proprietà fondamentali dei materiali ( meccaniche, magnetiche, elettriche). Conoscenza di alcune applicazioni fondamentali dei materiali funzionali.

 

Knowledge of the fundamental concepts of solid state chemistry. Basic knowledge of the features of ceramics and of the basic properties of such materials (mechanical, magnetic and electonic properties). Understanding few selected applifcations of such materials.

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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.            

LEGAME CHIMICO E PROPRIETA’ ELETTRICHE DEI SOLIDI                                   

Cenni alle teorie sullo stato degli elettroni nei solidi cristallini. Conduzione elettronica nei metalli.  Cenni alla teoria dell’elettrone libero e alla teoria delle bande. Densità di stati. Conduttori metallici, isolanti, semiconduttori intrinseci. Semiconduttori estrinseci e drogaggio.  Proprietà delle giunzioni p-n

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.

Chemical bond and electric properties. Semiconductors and extrinsic semiconductors. Doping of semiconductors and p-n junction applications.

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

Il corso sarà erogato in in presenza.

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

 

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

Frequenza

Frequenza non obbligatoria

The lectures 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

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

W.Callister, "Scienza e Ingegneria dei Materiali,Una introduzione" Edises Editore. Dispense del Docente.

W.Callister, "Scienza e Ingegneria dei Materiali,Una introduzione" Editor Edises. Notes of the teacher.



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Orario lezioniV

Lezioni: dal 02/03/2022 al 10/06/2022

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    Ultimo aggiornamento: 30/08/2022 17:21
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