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Andrea CORNIA

Professore Ordinario presso: Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche

Insegnamento: Laboratorio di Chimica inorganica superiore

SCIENZE CHIMICHE (D.M. 270/04) (Offerta formativa 2019)

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 orbitali 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. (laboratorio sperimentale) Reazioni di intercalazione e de-intercalazione
3. (laboratorio sperimentale) Preparazione delle ferriti di nickel(II) e zinco(II)
4. (laboratorio sperimentale) Spin-crossover nei complessi ottaedrici di ferro(II)
5. (laboratorio sperimentale) YBCO: sintesi e proprietà di un superconduttore ad alta Tc

Metodi didattici

Lezioni frontali, esercitazioni in aula, periodi di laboratorio e pre-laboratorio, testi consigliati e materiale didattico online reso disponibile prima dell’inizio del corso (diapositive e syllabus). Gli studenti operano individualmente (laboratorio di calcolo) o in gruppi di 2 o 3 (laboratorio sperimentale). Durante il laboratorio sperimentale è richiesta la compilazione individuale di un Quaderno di Laboratorio (QDL). Il QDL è ritirato e vidimato dal docente all’uscita dal laboratorio, corretto e restituito nel successivo periodo di laboratorio. Il laboratorio sperimentale prevede 4 attività completamente guidate (syllabus); ognuna è introdotta e discussa collegialmente durante un periodo di pre-laboratorio.
Orario di ricevimento: lun. 11-12, merc. 17-18, Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche, oppure su appuntamento richiesto via e-mail (acornia@unimore.it).

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.

Verifica dell'apprendimento

Il voto finale è la somma di tre punteggi (interi o semi-interi) ottenuti nei TEST INDIVIDUALI e nella valutazione del QUADERNO DI LABORATORIO (QDL). Il valore massimo di ogni punteggio è indicato in parentesi quadre. Nei test individuali vengono attribuiti 0.5 punti per ogni risposta esatta. Nella valutazione del QDL, il punteggio minimo (0) corrisponde ad un livello completamente insoddisfacente, mentre il punteggio massimo corrisponde ad un 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 5 test individuali comprendenti ciascuno 4 domande a risposta chiusa, proposti al termine di ogni attività di laboratorio [10].

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) Le ABILITÀ COMUNICATIVE sono valutate sulla base dell’accordo tra l’organizzazione generale del QDL e le direttive fornite all’inizio del corso [10].

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 laboratorio e di pre-laboratorio, 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.

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).