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Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche

Contenuti Insegnamento: Laboratorio di Chimica inorganica superiore

Corso di studio: SCIENZE CHIMICHE (D.M. 270/04) (offerta formativa anno 2017)
  • CFU: 6
  • SSD: CHIM/03

Obiettivi formativi

Applicare importanti metodologie per la sintesi, la caratterizzazione strutturale e lo studio delle proprietà fisiche di materiali inorganici dotati di funzionalità di interesse tecnologico quali ferro- e ferrimagnetismo, ferroelettricità, conduttività metallica e superconduttività. Apprendere le principali applicazioni tecnologiche di tali materiali e comprendere l’origine delle loro proprietà fisiche.

Prerequisiti

Nessuno obbligatorio. La conoscenza dei contenuti dell'insegnamento Chimica Inorganica Superiore è da considerarsi molto utile.

Programma del corso

PROPRIETA' MAGNETICHE DEI MATERIALI INORGANICI (6 h) Magnetismo nucleare ed elettronico. Contributi di spin ed orbitale al magnetismo elettronico. Componenti magnetiche nella scienza dei materiali: radicali, ioni dei metalli di transizione e dei lantanidi. Struttura elettronica degli ioni liberi. Effetti di campo cristallino nelle configurazioni d1-d9 in coordinazione Oh e Td. Complessi ad alto/basso spin e spin-crossover. Grandezze e unità di misura magnetiche. Diamagnetismo e costanti di Pascal. Materiali ferro-, antiferro- e ferrimagnetici. Le ferriti cubiche. Misura delle proprietà magnetiche. Metodi a forza (bilancia di Gouy) e metodi induttivi. PROPRIETA' ELETTRICHE DEI MATERIALI INORGANICI (2 h) Conduttività metallica. Semplici applicazioni della teoria delle bande ai materiali inorganici. Superconduttività. Effetto Meissner e levitazione magnetica. Superconduttori di Tipo I e II. Superconduttori ceramici ad alta Tc. ATTIVITA' DI LABORATORIO (50 h) 1. (laboratorio di calcolo) Risoluzione e raffinamento di strutture cristalline dai dati di diffrazione dei raggi-X su cristallo singolo 2. Reazioni di intercalazione e de-intercalazione 3. Sintesi e caratterizzazione magnetica di un composto spin-crossover 4. Preparazione delle ferriti di Ni e Zn 5. OPEN LAB

Testi di riferimento

Lo studente può utilizzare il materiale didattico (diapositive di supporto e syllabus) disponibile sulla piattaforma DOLLY (dolly.dscg.unimore.it) ed eventualmente approfondire tematiche specifiche consultando i seguenti testi: U. Schubert, N. Hüsing, Synthesis of Inorganic Materials, Wiley-VCH, Weinheim, 2005. M. T. Weller, Inorganic Materials Chemistry, Oxford University Press, Oxford, 1994. A. R. West, Basic Solid State Chemistry, 2nd Edition, Wiley, Chichester, 1999. M. F. C. Ladd, R. A. Palmer, Structure Determination by X-Ray Crystallography, 2nd Edition, Plenum Press, New York, 1985. W. Clegg, Crystal Structure Determination, Oxford University Press, New York, 1998. W. Massa, Crystal Structure Determination, 2nd Edition, Springer-Verlag, Berlin, 2004. R. L. Carlin, Magnetochemistry, Springer-Verlag, 1986. N. Spaldin, Magnetic Materials - Fundamentals and Device Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2003. V. L. Ginzburg, E. A. Andryushin, Superconductivity, Revised Edition, World Scientific, Singapore, 2004.

Metodi Didattici

Lezioni frontali, esercitazioni in aula, periodi di lab e pre-lab, testi consigliati e materiale didattico online reso disponibile prima dell’inizio del corso (diapositive e syllabus). Le esercitazioni comprendono discussioni collegiali e 1 prova di autovalutazione per la verifica in itinere del grado di conoscenza/comprensione raggiunto. Gli studenti operano individualmente (lab di calcolo) o in gruppi di 2 o 3 (restanti periodi di lab) e compilano individualmente un Quaderno di Laboratorio (QDL). Il QDL è ritirato e vidimato dal docente all’uscita dal lab, corretto e restituito nel successivo periodo di lab. Il lab prevede 4 esperienze completamente guidate (syllabus); ognuna è introdotta e discussa collegialmente durante un periodo di pre-lab. L’ultima esperienza è condotta come progetto indipendente (OPEN LAB) sviluppato da ogni gruppo di studenti e consistente in: i) breve ricerca bibliografica sui metodi di sintesi di un materiale inorganico di rilevanza tecnologica (es.: un superconduttore ad alta Tc); ii) presentazione di un documento preparatorio in cui è proposto un particolare metodo e la scelta viene giustificata in termini di efficacia, fattibilità e costi; iii) dopo approvazione (ed eventuale modifica) della proposta, realizzazione della sintesi in lab; iv) caratterizzazione strutturale/funzionale del materiale (in collaborazione con il CIGS). Orario di ricevimento: lun. 11-12, merc. 17-18, Dip.to di Scienze Chimiche e Geologiche, oppure su appuntamento richiesto via e-mail (acornia@unimore.it).

Verifica dell'apprendimento

Il voto finale è la somma dei sotto-punteggi (interi o semi-interi) ottenuti nei TEST INDIVIDUALI, nella valutazione del QUADERNO DI LABORATORIO (QDL) e nella valutazione del DOCUMENTO PREPARATORIO dell’OPEN LAB. I sotto-punteggi variano da 0 (= livello completamente insoddisfacente) ad un valore massimo indicato in parentesi quadre (= livello pienamente soddisfacente, privo o quasi completamente privo di punti di debolezza). L’eventuale arrotondamento è eseguito per eccesso sul voto finale. La lode viene attribuita automaticamente qualora il voto finale sia > 30 punti. 1) CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE sono valutate attraverso 4 test individuali comprendenti ciascuno 3 domande a risposta chiusa, proposti al termine di ogni esperienza di laboratorio ad eccezione dell'OPEN LAB [6]. 2) La CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE è valutata sulla base dell’accordo tra i contenuti del QDL e le direttive fornite all’inizio del corso, con particolare riferimento all’uso delle cifre significative e del concetto di precisione [12]. 3) L’AUTONOMIA DI GIUDIZIO è valutata attraverso il documento preparatorio dell’OPEN LAB [3]. 4) Le ABILITÀ COMUNICATIVE sono valutate sulla base dell’accordo tra l’organizzazione generale del QDL e le direttive fornite all’inizio del corso [8]. 5) La CAPACITÀ DI APPRENDERE è valutata attraverso il livello di approfondimento autonomo dimostrato nella stesura del documento preparatorio dell’OPEN LAB [3].

Risultati attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Con lezioni/esercitazioni in aula, materiale didattico online e libri di testo consigliati lo studente apprenderà le principali applicazioni tecnologiche di materiali inorganici dotati di proprietà fisiche come ferro- e ferrimagnetismo, ferroelettricità, conduttività metallica e superconduttività. Comprenderà l’origine di queste funzionalità tecnologicamente importanti. CAPACITA’ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Attraverso esercitazioni in aula, periodi di lab e di pre-lab, lo studente svilupperà la capacità di: progettare/realizzare la sintesi dei materiali; determinarne la struttura con metodi diffrattometrici; studiarne struttura elettronica/funzionalità con tecniche adatte, esprimendo correttamente i risultati sperimentali e la precisione ad essi associata. AUTONOMIA DI GIUDIZIO Alla fine del corso, lo studente avrà sviluppato la capacità di riconoscere autonomamente gli approcci più adatti per sintetizzare i materiali e studiarne struttura/funzionalità elettronica. A questo scopo, nel periodo finale di OPEN LAB gli studenti propongono, giustificano, discutono e infine svolgono un progetto indipendente. ABILITÀ COMUNICATIVE L’abilità di trattare in forma orale gli argomenti del corso (o argomenti affini) con linguaggio tecnico appropriato viene sviluppata mediante discussioni collegiali in aula. L’abilità di descrivere l’attività di laboratorio in forma scritta, con precisione e stile professionale, viene sviluppata richiedendo la compilazione individuale di un Quaderno di Laboratorio (QDL). CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Lo studente svilupperà capacità di apprendimento autonomo e di aggiornamento attraverso le numerose proposte di approfondimento e l’attività in larga misura indipendente svolta durante l’OPEN LAB.