Obiettivi Formativi

Fornire conoscenze sulla comprensione e l'analisi dei materiali al fine di comprendere la stretta correlazione tra la loro struttura interna e le loro proprietà chimiche e fisiche con particolare attenzione al loro utilizzo e alle loro applicazioni. In particolare, i seguenti argomenti sono essenziali: • comprensione e descrizione delle strutture molecolari; • formazione di aggregati poliatomici (aggregati); • caratterizzazione e descrizione dei sistemi poliatomici (molecole e aggregati); • correlazione tra struttura e proprietà dei sistemi poliatomici; • stabilità e reattività chimica delle molecole e degli ag-gregati; esempi significativi di materiali.

Learning Goals

To provide knowledge on the understanding and analysis of materials in order to understand the close correlation between their internal structure and their chemical and physical properties with particular attention to their use and applications. In particular, the following topics are essential: understanding and descriptions of molecular structures; formation of polyatomic aggregates (aggregates); characterization and description of polyatomic systems (molecules and aggregates); correlation between structure and properties of polyatomic systems; stability and chemical reactivity of molecules and aggregates; significant examples of materials.

Metodi didattici

Il contenuto e complessità del corso verranno adeguate al grado di conoscenze degli studenti che sarà rilevato tramite degli opportuni test informali d’ingresso all’inizio del corso stesso. Le lezioni saranno multimediali con l’ausilio di presentazioni PowerPoint in aula, opportunamente intervallate da esercitazioni e verifiche anche per chiarire eventuali lacune o dimenticanze delle conoscenze pregresse in funzione dei contenuti nel corso stesso, possibilità individualmente fornita anche durante i previsti orari di ricevimento.

Teaching Methods

The content and complexity of the course will be adapted to the degree of knowledge of the students that will be detected through appropriate informal entrance tests at the beginning of the course. The lessons will be multimedia with the help of PowerPoint presentations in the classroom, appropriately interspersed with exercises and verifications, also to clarify any gaps or forgetfulness of prior knowledge depending on the contents of the course itself, possibility provided individually during the scheduled reception hours.

Prerequisiti

Conoscenza di chimica, matematica e fisica di base

Prerequisites

Knowledge of basic chemistry as well as mathematics and physics.

Verifiche dell'apprendimento

Durante lo svolgimento del corso, il grado di apprendimento e comprensione degli argomenti verrà rilevato in modo interattivo informale per adattare opportunamente l’insegnamento, ricorrendo anche a delle esercitazioni. Alla fine del corso la valutazione dello studio e preparazione, oltre del raggiungimento degli obbiettivi del corso stesso, avverrà tramite un unico esame orale.

Assessment

During the course, the degree of learning and comprehension of the topics will be recorded in an informal interactive way to suitably adapt the teaching, also using exercises. At the end of the course the evaluation of the study and preparation, in addition to the achievement of the objectives of the course itself, will take place through a single oral exam.

Programma del Corso

Interazioni chimiche: proprietà periodiche degli elementi, legame chimico, VSPR, geometria molecolare e simmetria puntuale. Classi di composti organici/inorganici/metallorganici, macromolecole e cenni sul self-assembling e drug-design. Teoria degli orbitali: atomici, molecolari e reticolari, metodo LCAO-MO, modelli molecolari 3D e cenni di ottimizzazione geometrica ed energetica. Stereochimica, proprietà e reazioni chimiche, aspetti termodinamici e cinetici, velocità di reazione ed energia di attivazione. Stati di aggregazione condensati: solidi, tipologia, classificazione, poli- ed iso-morfismo. Cenni di cristallografia: cristalli perfetti, impaccamento compatto, reticoli cristallini, simmetria, gruppi spaziali. Cristalli reali, teoria dei difetti reticolari e gradi di disordine, amorfi, vetri. Estensione ai materiali fluidi, viscosità e solvatazione, colloidi. Superfici: crescita dei cristalli, composizione e struttura delle superfici, adsorbimento fisico e chimico, corrosione, attività catalitica delle superfici. Proprietà e struttura dei materiali: correlazione struttura materia condensata e proprietà chimiche e fisiche, cenni di crystal-engineering. Influenza della struttura sulle proprietà elettroniche, con riferimento a quelle ottiche conduttometriche e magnetiche. Cenni su alcuni materiali avanzati quali ceramiche e zeoliti. Esempi di applicazioni nel campo della conservazione dei beni culturali e dell’ambiente. Radiochimica ed esempi di applicazioni nel campo biomedico e biofisico. Tecniche di indagine strutturale: cenni di microscopia elettronica, cenni sui metodi di risonanza magnetica e di diffrazione.

Course Syllabus

Chemical interactions: periodic properties of the elements, chemical bond, VSPR, molecular geometry and point symmetry. Classes of organic/inorganic/organometallic compounds, macromolecules and hints on self-assembling and drug-design. Orbital theory: atomic, molecular and reticular, LCAO-MO method, 3D molecular models and elements of geometric and energy optimization. Stereochemistry, chemical properties and reactions, thermodynamic and kinetic aspects, reaction speed and activation energy. Condensed aggregation states: solids, typology, classification, poly- and iso-morphism. Principles of crystallography: perfect crystals, compact crystal packing, crystal lattices, symmetry, spatial groups. Real crystals, theory of reticular defects and degrees of disorder, amorphous, glasses. Extension to fluid materials, viscosity and solvation, colloids. Surfaces: growth of crystals, composition and structure of surfaces, physical and chemical adsorption, corrosion, catalytic activity of surfaces. Properties and structure of materials: correlation of condensed matter structure and chemical and physical properties, hints of crystal-engineering. Influence of the structure on its electronic properties, with reference to optical and conductometric and magnetic properties. Notes on some advanced materials such as ceramics and zeolites. Examples of applications in the field of conservation of cultural heritage and of the environment. Radiochemistry and examples of applications in the biomedical and biophysical fields. Structural investigation techniques: hints of electron microscopy, hints on magnetic resonance and diffraction methods.