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Rossella ARLETTI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Analisi mineralogiche per lo studio dei geomateriali
Scienze geologiche (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Lo studente alla fine del corso dovrebbe essere in grado di utilizzare le conoscenze acquisite nel corso di base di mineralogia, integrate con quelle più specialistiche fornite da questo corso, per arrivare a comprendere i principali fenomeni e processi studiati grazie alle tecniche di analisi diffrattometrica a raggi X. Definire una analisi mineralogica qualitativa.
Introdurre lo studente alla conoscenza dei principi fisici di base e delle potenziali applicazioni delle seguenti tecniche di indagine:spettroscopie vibrazionali (IR, Raman), UV- VIS, analisi termiche al fine di caratterizzare a livello strutturale e microstrutturale i minerali
Evidenziare la complementarietà delle suddette tecniche spettroscopiche rispetto ai metodi diffrattometrici discutendo casi studio specifici.
Prerequisiti
Conoscenze di base di cristallografia strutturale:
-saper riconoscere la simmetria di una struttura cristallina,
-risalire al sistema cristallino, gruppo puntuale e spaziale,
- identificare e dare gli indici di Miller a piani e filari reticolari,
- conoscere le relazioni tra distanze dei piani reticolari e assi cristallografici
-conoscere le proprietà atomiche come Z e A e numero di ossidazione degli elementi;
-conoscere le diverse famiglie di silicati, i carbonati, gli ossidi di ferro e le olivine;
-conoscere le principali proprietà fisiche dei minerali e i concetti di grandezza scalare e vettoriale.
Programma del corso
1 CFU (8 ore):Richiami sulla struttura fine degli atomi, sulla simmetria nei cristalli e sulla interazione tra onde elettromagnetiche e cristalli. Diverse sorgenti utilizzabili per lo studio dei cristalli. Generazione e assorbimento dei raggi X.
1 CFU (8 ore):Diffrazione dei raggi X da parte di un elettrone, un atomo, un cristallo ideale, cristalli reali. Direzione di diffrazione dei raggi X. Trattazione di Laue e Bragg. Intensità della diffrazione, il fattore di struttura.
1CFU (12 ore): Camera di Debye e Gandolfi. Diffrattometro da polveri. Rivelazione dei raggi-X diffratti. Analisi mineralogica qualitativa, misura dei parametri della cella elementare, determinazione del gruppo spaziale.
1 CFU (8 ore): La microsonda elettronica (EMPA), il microscopio elettronico a scansione (SEM), la fluorescenza X (XRF). Casi studio relativi alle tecniche.
1 CFU (8 ore): L'analisi termica (TG-DTG, DTA, DSC), la spettroscopia a infrarosso (IR), spettroscopia Raman, Spettroscopia Uv-Vis, risonanza magnetica nucleare (NMR), spettroscopia di assorbimento X (XAS). Casi studio relativi alle tecniche.
1CFU (12 ore): esercitazioni in laboratorio relativamente a tutte le tecniche descrittte.
Orario di ricevimento:
venerdì 9-10, previo appuntamento via mail
mariagiovanna.vezzalini@unimore.it
rossella.arletti@unimore.it
Metodi didattici
La modalità di erogazione potra essere in presenza, blended, online a seconda dell'andamento della emergenza pandemica.
L’insegnamento viene erogato mediante lezioni frontali
che vengono svolte con l’ausilio di mezzi audiovisivi (presentazioni in Power Point) ed
esercitazioni pratiche di laboratorio.
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria.
L’insegnamento è erogato in lingua italiana.
Testi di riferimento
-Dispense preparate dai docenti disponibili in formato elettronico (files PPT).
- Introduzione alle tecniche analitiche e strumentali – Applicazioni alla mineralogia e alle scienze dei materiali. A.F. Gualtieri, Libreria Universitaria.it Edizioni
-La Diffrazione dei Cristalli. Attilio Immirzi e Consiglia Tedesco. libreriauniversitaria.it edizioni. Webster srl, Padova Italy
Verifica dell'apprendimento
La verifica è volta a valutare il raggiungimento di un livello sufficiente delle conoscenze/competenze e delle abilità applicative relative ai risultati di apprendimento attesi (80%). Servirà inoltre a valutare complessivamente anche le competenze trasversali (20%): abilità comunicative, autonomia di giudizio e capacità di apprendimento. La valutazione finale complessiva è espressa con votazione in trentesimi. La verifica si compone di un e esame orale che consta di tre/cinque domande che riguardano i seguenti argomenti:
Lo spettro delle onde elettromagnetiche.
Diffrazione dei raggi X, neutroni ed elettroni.
Diffrazione da polveri
Analisi mineralogica qualitativa.
Determinazione dei parametri di cella.
Metodi analitici per lo studio di geomateriali
Le prove potrebbero essere svolte in presenza
o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione.
Lo studente dovrà essere in grado di: riconoscere ed utilizzare i gruppi puntuali e i gruppi spaziali; conoscere le caratteristiche e i metodi di generazione dei raggi X, le interazioni raggi X – materia, la diffrazione dei raggi X da parte dei materiali cristallini; conoscere ed utilizzare gli strumenti per diffrazione X e leggere un diffrattogramma di polvere; eseguire una analisi mineralogica qualitative. Essere in grado di scegliere ed applicare le tecniche analitiche (EMPA;XRF;SEM;XAS;NMR;IR) in funzione della problematica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Lo studente dovrà essere in grado di: scegliere la metodologia di diffrazione X e la sorgente di radiazione più opportune per le analisi richieste; interpretare uno spettro di polveri per la determinazione della fase in esame e scegliere il metodo più opportuno per condurre un’analisi su un geomateriale.
Autonomia di giudizio.
Lo studente dovrà essere in grado di sviluppare ed approfondire temi relativi allo studio dei materiali cristallini e di acquisire una capacità di valutazione critica su notizie fornite dai mass-media; identificare obiettivi, ruoli e responsabilità collettive nella gestione delle materie prime.
Abilità comunicativa.
Lo studente dovrà essere in grado di divulgare i concetti relativi allo studio dello stato cristallino e al loro utilizzo nella vita di tutti i giorni. Presentare in modo logico, conciso e rigoroso obiettivi, concetti, dati e procedure della cristallografia a raggi X. Comunicare efficacemente dati tecnici in lingua inglese. Utilizzare strumenti informatici per raccogliere ed elaborare i dati ottenuti.
Capacità di apprendimento.
Lo studente dovrà essere in grado di approfondire in modo autonomo le tematiche affrontate e applicare il metodo scientifico per la formulazione e verifica di teorie.