67063 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI E LABORATORIO DI CHIMICA FISICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2019/2020

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede la capacità di razionalizzare in termini molecolari le proprietà di vari materiali (es. cristalli liquidi, micelle, vetri, colloidi, polimeri, materiali nanoporosi). Sono introdotte tecniche di caratterizzazione (Ottica, Calorimetria, Raggi X) e di simulazione al calcolatore. Obiettivo del modulo di Laboratorio e' di familiarizzare lo studente con la pratica della chimica fisica sperimentale e con alcune tecniche di misura e strumentazioni chimico-fisiche applicate allo studio dei materiali. Nel corso di Laboratorio di Chimica Fisica lo studente consegue i seguenti obiettivi: (1) applicare principi di termodinamica, cinetica e spettroscopia a livello sperimentale; (2) acquisire familiarità con alcune tecniche di misura e strumentazioni chimico-fisiche applicate allo studio dei materiali nei settori della tensiometria e della reologia; (3) sviluppare capacità sperimentali e di lavoro autonomo e di gruppo; (4) abituarsi a osservare gli esperimenti, annotare le osservazioni fatte e analizzare i dati criticamente; (5) imparare a presentare i risultati sperimentali e a scrivere relazioni in modo chiaro, conciso e consistente.

Programma/Contenuti

Pre-requisiti

Funzioni elementari: potenze, radici, trigonometriche, esponenziali e logaritmi. Soluzione di equazioni algebriche di secondo grado. Numeri complessi. Vettori. Conoscenze di base del calcolo differenziale e integrale per funzioni di una variabile reale. 
(Attività formativa: Matematica con esercitazioni)

- Conoscenza delle principali grandezze fisiche e delle relazioni che le legano; principali unità di misura.
(Attività formativa: Fisica con esercitazioni)

Proprietà base degli elementi. Elettronegatività. Concetto di soluzione e frazione molare. Calcoli relativi alla diluizione di soluzioni.
(Attività formativa: Chimica Generale e Inorganica con Laboratorio)

 

Programma

Il corso e' diviso in due parti dettate dal Prof. I. Rivalta (A, ­ Teoria) e dal Prof. A. Arcioni (B, ­ Laboratorio). Le due parti vengono svolte in contemporanea durante il semestre. Non sono previste prove intermedie. I contenuti del programma riguardano:

Parte (A), 4 CFU:

  • Stati condensati della materia, descrizione qualitativa della loro struttura e principali proprietà in termini di ordine delle organizzazioni molecolari. Forze inter-molecolari (elettrostatiche, induzione, dispersione) ed inter-particellari (colloidali) ed effetti sugli stati di aggregazione della materia.
  • Principali fenomeni di trasporto ed equazioni della diffusione. 
  • Sistemi solidi e cristalli: strutturistica e impaccamento. Proprietà meccaniche dei solidi (modulo di Young) e introduzione alle proprietà ottiche.
  •  Interazioni luce-materia (scattering e assorbimento). Diffrazione di raggi­ X e sue applicazioni. Legge di Bragg. Spettri a raggi X di monocristalli e di polveri. Fondamenti di spettroscopia elettronica.
  •  Liquidi, vetri, cristalli liquidi, colloidi e surfattanti. Transizioni di fase, metastabilità e stato vetroso. Sistemi porosi e nanoconfinati.
  •  Relazione tra proprietà microscopiche e macroscopiche: cenni di modellazione e simulazione al calcolatore con esempi.

 

Parte (B), 5 CFU:

 

Esercitazioni di laboratorio riguardanti:

  • ­ Calorimetria in soluzione.
  • ­ Diagramma di fase per un sistema binario solido­liquido.
  • ­ Viscosimetria cinematica capillare e viscosimetria rotazionale.
  • ­ Realizzazione e funzionamento di un display a cristalli liquidi tipo twisted nematic.
  • ­ Tensione superficiale di liquidi puri e di soluzioni: metodi di misura statici (lamina e anello) e dinamici (pressione massima di bolla).
  • ­ Cinetica: retro­isomerizzazione di un composto fotocromico seguita per via spettrofotometrica.

Testi/Bibliografia

Parte (A)

Saranno pubblicate sul sistema IOL le note delle lezioni salvate con la lavagna elettronica. Il materiale distribuito è più che sufficiente per superare l'esame per gli studenti che seguono le lezioni.

P.W. Atkins, J. de Paula, Chimica Fisica, Zanichelli. 

Testi per approfondimenti saranno indicati a chi fosse interessato.

Parte (B)

P.W. Atkins, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli, Bologna, 2000. Dispense e materiale didattico aggiuntivo.

Metodi didattici

Parte (A)

Lezioni frontali (utilizzando lavagna elettronica con videoproiettore e test di verifica online)

Parte (B)

Lezioni frontali in aula ed esercitazioni pratiche di laboratorio. I risultati ottenuti in ogni esperienza sono discussi in laboratorio e in aula, e vengono riportati, da ciascun studente, in relazioni scritte che costituiscono il quaderno di laboratorio.

La frequenza della parte di Laboratorio e' obbligatoria.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Per sostenere la prova finale d'esame (non sono previste prove intermedie) è necessaria l'iscrizione tramite AlmaEsami, nel rispetto delle scadenze previste.

L'esame mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici sia per la parte di teoria (parte A) che di laboratorio (parte B) secondo le seguenti modalità:

Parte (A)


Gli obiettivi essenziali posti in verifica sono:

­ Conoscere le principali proprieta' e le organizzazioni molecolari dei materiali avanzati e descritti nel corso e le loro applicazioni.
Conoscere la classificazione delle fasi della materia e delle transizioni di fase. Saper presentare esempi rilevanti.
­ Conoscere le tecniche di indagine basate sulla spettroscopia ottica (in particolare raggi X) e la loro applicazione ai materiali.
­ Conoscere i principali tipi di interazione fra molecole e particelle.
­ Conoscere gli elementi base delle tecniche di simulazione al calcolatore

L' esame per la parte A consiste in una prova scritta (durata 90 minuti) che prevede la elaborazione di tre domande aperte (dal punteggio di 10/30 ciascuno) a scelta fra quattro proposte. Non sono ammessi strumenti ausiliari. 

 

Parte (B)

La valutazione degli studenti sara' basata su due componenti:

1. Quaderno di laboratorio. Ogni relazione nel quaderno di laboratorio sara' valutata sulla base dei seguenti criteri: organizzazione, comprensione dell'esperimento, chiarezza, completezza, leggibilita' e coerenza interna.

2. Capacita' globali in laboratorio. In ogni esperienza, il livello di capacita' sara' valutato considerando attenzione nella preparazione e nell'esecuzione dell'esperimento, pulizia, presenza e puntualità.

3. Esame scritto (durata 90 minuti) che prevede la soluzione di un problema di cinetica. Non sono ammessi strumenti ausiliari.

 

Il voto finale è quindi dato da una valutazione globale basata sulla media dei voti tra la parte (A) e la parte (B), intesa come media tra prova scritta e relazioni di Laboratorio. Per ottenere la sufficienza (18/30) il voto di ciascuna prova non può essere inferiore a 16/30. La valutazione delle prove scritte e delle relazioni di Laboratorio, una volta acquisite, rimangono valide senza limiti di tempo. Non sono previste prove orali. 

Strumenti a supporto della didattica

Parte (A)

Lavagna elettronica con videoproiettore, piattaforme digitali per verifiche apprendimento.

Parte (B)

Le attivita' didattiche svolte in aula si avvalgono di supporti quali proiezione di trasparenze e lavagna. Il materiale didattico presentato durante le lezioni e' reso accessibile agli studenti. Le attivita' di laboratorio sono svolte presso i laboratori didattici e prevedono l'assegnazione di una postazione di lavoro strumentale e la dotazione del materiale di laboratorio con cui vanno condotte le attività sperimentali.

 

Gli studenti con DSA o Disabilità possono contattare il Servizio Studenti con Disabilità e DSA dell’Università di Bologna, il referente del Dipartimento, o il docente del corso per concordare le modalità più adatte per consultare il materiale didattico e accedere alle aule per le lezioni frontali.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Ivan Rivalta

Consulta il sito web di Alberto Arcioni