Obiettivi formativi
Introdurre lo studente alle chimica dello stato solido ed alla natura dello stato cristallino. Vengono considerate tappe importanti l¿acquisizione della conoscenza della simmetria cristallina, del processo di diffrazione, dei principali tipi di struttura cristallina dei composti inorganici semplici, dell¿esistenza del polimorfismo e delle transizioni di fase, nonché del concetto di soluzione solida. Scopo ulteriore del corso è l¿acquisizione dei concetti termodinamici e cinetici che regolano la reattività chimica dei solidi ed il processo di sinterizzazione.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Cristalli ed amorfi. Processo di cristallizzazione. Origine della periodicità tridimensionale. Reticolo di Bravais e reticolo cristallino. Simmetria dei reticoli cristallini. Gruppi puntuali e gruppi spaziali. Introduzione alla diffrazione di raggi X. Processo di scattering: Thomson e Compton. Fattore di scattering atomico. Scattering da sistemi disordinati ed ordinati. Processo di diffrazione. Legge di Bragg ed equazioni di Laue. Reticolo reciproco. Costruzione di Ewald. Fattore di struttura. Equazione della densità elettronica. Il problema della fase in cristallografia e cenni sulla sua possibile soluzione. Aspetti pratici della diffrazione X. Diffrazione di cristallo singolo. Diffrazione di polveri. Banche dati cristallografiche. Classificazione delle strutture cristalline. Fattori che influenzano la struttura cristallina. Principali tipi di strutture cristalline di composti binari e ternari. Polimorfismo e transizioni di fase. Soluzioni solide. Reattività dei solidi. Reazioni di stato solido. Sinterizzazione. Materiali ceramici e loro applicazioni.
Programma esteso
Cristalli ed amorfi. Lo stato cristallino. Processo di cristallizzazione. Nucleazione e crescita: aspetti termodinamici e cinetici. Materiali amorfi e loro preparazione. Vetri e loro formazione. Materiali vetrosi in campo organico ed inorganico. Simmetria dei reticoli cristallini. Stato cristallino. Origine della periodicità tridimensionale. Il concetto matematico di reticolo. Reticolo di Bravais e reticolo cristallino. Classificazione dei reticoli sulla base della simmetria. Elementi di simmetria puntuale. Gruppi puntuali dei reticoli di Bravais: i sistemi cristallografici. Gruppi puntuali dei reticoli cristallini: le 32 classi cristallografiche. Operazioni di simmetria con traslazione. Gruppi spaziali dei reticoli di Bravais e dei reticoli cristallini. Le Tabelle internazionali di cristallografia. Guida al loro utilizzo. Diffrazione di raggi X da reticoli cristallini. Raggi X e loro produzione. Processo di scattering: Thomson e Compton. Scattering da un elettrone puntiforme. Scattering da atomi. Fattore di scattering atomico. Scattering da sistemi disordinati ed ordinati. Processo di diffrazione. Legge di Bragg ed equazioni di Laue. Reticolo reciproco. Costruzione di Ewald. Ampiezza di diffrazione. Fattore di struttura. Equazione della densità elettronica. Simmetria della figura di diffrazione e sua relazione con la simmetria del reticolo. Il problema della fase in cristallografia e cenni sulla sua possibile soluzione. Aspetti pratici della diffrazione X. Diffrazione di cristallo singolo. Diffrazione di polveri. Banche dati cristallografiche.Classificazione delle strutture cristalline. Fattori che influenzano la struttura cristallina. Impacchettamento compatto di sfere come modello di solidi inorganici. Il modello eutattico. Principali tipi di strutture cristalline di composti binari e ternari. Transizioni di fase. Polimorfismo e transizioni di fase. Classificazione cinetica delle transizioni. Classificazione termodinamica. Transizioni continue e discontinue. Trends cristallografici nelle transizioni di fase in funzione di T e P. Soluzioni solide. Il concetto di soluzioni solide. Soluzioni solide interstiziali e sostituzionali. Sostituzioni eterovalenti e meccanismi di compensazione di carica. Reattività dei solidi. Reazioni di stato solido. Principi e meccanismi. Influenza di T e P. Influenza dell'area superficiale. Uso di precursori reattivi. Aspetti sperimentali. Sinterizzazione. Materiali ceramici e loro applicazioni.
Bibliografia
A.R. West, Solid state chemistry and its applications, John Wiley and Sons, Chichester, 1984. Appunti del docente
Metodi didattici
lezioni frontali ed esercitazioni
Modalità verifica apprendimento
esame orale
Altre informazioni
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