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Andrea CORNIA
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Laboratorio di Chimica inorganica superiore
Scienze chimiche (Offerta formativa 2024)
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.
Prerequisiti
Nessuno obbligatorio. La conoscenza dei contenuti dell'insegnamento di 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 lantanoidi. 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)
(laboratorio di calcolo) LAB 0 - Diffrazione dei raggi-X su cristallo singolo: struttura del ferrocene
(laboratorio di calcolo) LAB 0b - Diffrazione dei raggi-X su cristallo singolo: struttura di un composto carbonilico
(laboratorio di calcolo) LAB 1 - Diffrazione dei raggi-X su cristallo singolo: reazione tra fosforo bianco e un complesso di rame(I)
(laboratorio di calcolo) LAB 1b - Diffrazione dei raggi-X su cristallo singolo: configurazione assoluta di complessi di cobalto(II) con leganti chirali
(laboratorio sperimentale) LAB 2 - Reazioni di intercalazione e de-intercalazione
(laboratorio sperimentale) LAB 3 - Preparazione delle ferriti di nickel(II) e zinco(II)
(laboratorio sperimentale) LAB 4 - Spin-crossover nei complessi ottaedrici di ferro(II)
(laboratorio sperimentale) LAB 5 - YBCO: sintesi e proprietà di un superconduttore ad alta Tc
Metodi didattici
Lezioni ed esercitazioni di pre-laboratorio in aula, laboratori di calcolo, laboratori sperimentali, libri di testo consigliati e materiale didattico on-line (diapositive, syllabus e video tutorial) reso disponibile prima dell’inizio del corso. Gli studenti operano individualmente (laboratori di calcolo) o in gruppi di 2-3 (laboratori sperimentali). I laboratori di calcolo prevedono 4 attività completamente guidate (anche attraverso video tutorial) e la compilazione individuale di Quaderni di Laboratorio Virtuali (QdLV). I laboratori sperimentali prevedono 4 attività completamente guidate (syllabus) e 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.
Orario di ricevimento: Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche (MO51-02-081), lun. 11-12, merc. 17-18, oppure su appuntamento richiesto via e-mail (acornia@unimore.it).
Testi di riferimento
Lo studente può utilizzare il materiale didattico (diapositive, syllabus e video tutorial) disponibile sulla piattaforma Microsoft Teams ed eventualmente approfondire tematiche specifiche consultando i seguenti libri di testo.
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 nel TEST individuale e nella VALUTAZIONE delle attività di laboratorio. Il valore massimo di ogni punteggio è indicato in parentesi quadre. Nel TEST vengono attribuiti 0.5 punti per ogni risposta esatta. Nella valutazione delle attività di laboratorio, 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 un TEST scritto individuale comprendente 10 domande a risposta chiusa su tutti i contenuti del corso; il test si svolge come prova finale del corso e ha una durata di circa 1 h; durante la prova è consentito consultare appunti o altro materiale [5].
2) La CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE è valutata sulla base dell’accordo tra i contenuti dei quaderni di laboratorio (QdLV e QdL) e le direttive fornite all’inizio del corso, con particolare riferimento all’uso delle cifre significative e al concetto di precisione dei dati [16].
3) Le ABILITÀ COMUNICATIVE sono valutate sulla base dell’accordo tra l’organizzazione generale dei quaderni di laboratorio (QdLV e QdL) e le direttive fornite all’inizio del corso [10].
Risultati attesi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Con lezioni ed esercitazioni in aula, materiale didattico on-line 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 le esercitazioni in aula e i periodi di laboratorio e pre-laboratorio, lo studente svilupperà la capacità di progettare/realizzare la sintesi dei materiali, determinarne la struttura con metodi diffrattometrici e studiarne struttura elettronica/funzionalità con tecniche adatte, esprimendo correttamente i risultati sperimentali e la precisione ad essi associata.
ABILITÀ COMUNICATIVE
L’abilità di trattare gli argomenti del corso (o argomenti affini) in forma orale e con linguaggio tecnico appropriato viene sviluppata mediante discussioni in aula. L’abilità di descrivere l’attività di laboratorio in forma scritta, con precisione e stile professionale, viene sviluppata richiedendo la compilazione individuale dei quaderni di laboratorio.