Obiettivi Formativi

Il corso si propone di:  OF1 (Conoscenza e comprensione): fornire competenze e conoscenze dei fondamenti chimici alla base dell'ingegneria e delle loro applicazioni nell’ingegneria, delle proprietà dei materiali da costruzione, della correlazione tra microstruttura e proprietà chimico-fisico-meccaniche;  OF2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione): far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite al fine di valutare il materiale da costruzione più idoneo alla specifica applicazione costruttiva;  OF3 (Autonomia di giudizio): far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le conoscenze acquisite per formulare e sviluppare pensieri e riflessioni e risolvere problemi di ingegneria utilizzando tecniche e strumenti di descrizione e di indagine scientifica adeguati;  OF4 (Abilità comunicative): far sviluppare la capacità di usare in maniera appropriata i linguaggi tecnici, grafici e scientifici specifici della disciplina e comunicare con linguaggio tecnico appropriato sia con esperti del proprio o di altri settori ingegneristici che con interlocutori non specialisti  OF5 (Capacità di apprendimento): di far acquisire agli studenti adeguati metodi di studio per affrontare tematiche di livello superiore.

Learning Goals

The course aims to:  OF1 (Knowledge and understanding): provide skills and knowledge on the fundamentals of chemistry for engineers, on construction material properties, on the correlation between microstructure and chemical, physical and mechanical properties;  OF2 (Ability to apply knowledge and understanding): develop the ability to apply the acquired knowledge so that to assess the more suitable construction material in specific engineering fields;  OF3 (Autonomy of judgment): develop the ability for autonomous processing of concepts applying the acquired knowledge in order to draw observations and to solve engineering problems with suitable techniques, tools, description and scientific investigation methods.  OF4 (Communication skills): develop the ability to use properly the technical, graphics and scientific languages of the specific discipline and communicate with both engineering sector experts and non-specialist interlocutors  OF5 (Learning skills): to acquire appropriate self-study study methods in order to deal with higher level issues.

Metodi didattici

Modulo: 874/4 - CHIMICA Lezione frontale ed esercitazioni aventi lo scopo di impostare, analizzare e risolvere problemi anche complessi Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI Il corso viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in aula (24 ore). Le lezioni sono svolte alla lavagna stimolando frequentemente l'interazione con gli studenti. Le esercitazioni vengono svolte dagli studenti sotto la guida del docente. Esse rappresentano un momento fondamentale di interazione e di partecipazione nel quale è incoraggiato il lavoro di gruppo e il confronto tra i risultati ottenuti. Nel corso delle esercitazioni gli studenti vengono chiamati a turno alla lavagna per illustrare i risultati ottenuti in modo da stimolare la loro capacità di formulare soluzioni elaborate in autonomia o in gruppo, da acquisire dimestichezza con la presentazione dei loro risultati e da affinare la loro capacità di espressione utilizzando un linguaggio rigoroso. Il confronto tra gli studenti è volto alla loro complessiva maturazione, che va oltre il mero apprendimento della disciplina.

Teaching Methods

Modulo: 874/4 - CHIMICA Lectures and exercises aimed at analyze and solve even complex problems Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI The course is delivered through lectures (24 hours) and classroom exercises (24 hours). Lessons are given at the blackboard, frequently stimulating interaction with students. The exercises are carried out by the students under the guidance of the teacher.They represent a fundamental moment of interaction and participation in which teamwork and comparison among different solutions and results are encouraged. During the classroom exercises the students are asked to explain the results they obtained in order to stimulate their ability to formulate solutions developed independently or in groups, to become familiar with the presentation of their results and to refine their ability to express technical information using rigorous language. Discussion among students is aimed at their personal and professional growth, which goes beyond the mere learning of the subject.

Prerequisiti

Nozioni di base relative alle leggi generali della chimica, alla simbologia di elementi e composti, alla più semplice nomenclatura inorganica ed organica, al bilanciamento delle reazioni elementari.

Prerequisites

Basic knowledge of general chemistry's laws, the symbols of elements and compounds, the simplest nomenclature both organic and inorganic, the balancing of elementary reactions.

Verifiche dell'apprendimento

Modulo: 874/4 - CHIMICA Durante il corso si effettuano delle verifiche (almeno due) che prevedono la risoluzione di esercizi e quesiti a risposta aperta e/o multipla con valutazione in trentesimi per ciascun esercizio e quesito. La valutazione finale della singola verifica è calcolata come media aritmetica delle valutazioni di ciascun esercizio e quesito. La mancata partecipazione ad una delle verifiche effettuate durante il corso automaticamente prevederà l’assegnazione di un punteggio pari a zero trentesimi. A fine corso ad ogni studente verrà assegnato un punteggio pari alla media aritmetica dei risultati di tutte le verifiche effettuate. L’esame finale consiste in una prova scritta che prevede la risoluzione di esercizi ed una prova orale. Sono dispensati dalla prova scritta gli studenti che hanno ricevuto una valutazione media maggiore o uguale a 18/30 nelle verifiche durante il corso. La dispensa dalla prova scritta vale per due anni accademici compreso l’anno accademico in cui essa è stata conseguita. Per gli studenti che non hanno sostenuto le verifiche durante il corso, la votazione della prova scritta è in trentesimi, calcolata come media aritmetica delle valutazioni, anch’esse in trentesimi, di ciascun esercizio. La prova orale verterà sugli argomenti del programma che non stati oggetto nè di verifica durante il corso nè della prova scritta. Comprenderà inoltre gli argomenti del programma oggetto di verifiche durante il corso o della prova scritta in cui lo studente ha ricevuto una valutazione inferiore a 18/30. Il voto finale sarà una media tra la votazione acquisita a conclusione delle verifiche o della prova scritta ed il voto della prova orale. Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI Sono previste verifiche durante il corso (prove in itinere) ed un esame finale. Durante il corso si effettuano almeno due verifiche che prevedono la risoluzione di esercizi e quesiti a risposta aperta e/o multipla con valutazione in trentesimi per ciascun esercizio e quesito. La valutazione finale della singola verifica è calcolata come media aritmetica delle valutazioni di ciascun esercizio e quesito. La mancata partecipazione ad una delle verifiche effettuate durante il corso automaticamente prevederà l’assegnazione di un punteggio pari a zero trentesimi. A fine corso ad ogni studente verrà assegnato un punteggio pari alla media aritmetica dei risultati di tutte le verifiche effettuate. L’esame finale consiste in una prova scritta che prevede la risoluzione di esercizi ed una prova orale. Sono dispensati dalla prova scritta gli studenti che hanno ricevuto una valutazione media maggiore o uguale a 18/30 nelle verifiche durante il corso. La dispensa dalla prova scritta vale per due anni accademici compreso l’anno accademico in cui essa è stata conseguita. Per gli studenti che non hanno sostenuto le verifiche durante il corso, la votazione della prova scritta è in trentesimi, calcolata come media aritmetica delle valutazioni, anch’esse in trentesimi, di ciascun esercizio. La prova orale verterà sugli argomenti del programma che non sono stati oggetto né di verifica durante il corso né della prova scritta. Comprenderà inoltre gli argomenti del programma oggetto di verifiche durante il corso o della prova scritta in cui lo studente ha ricevuto una valutazione inferiore a 18/30. Il voto finale sarà una media tra la votazione acquisita a conclusione delle verifiche o della prova scritta ed il voto della prova orale.

Assessment

Modulo: 874/4 - CHIMICA Written audits (at least two with evaluation in thirtieths) during the course consisting in resolution of exercises and open or multiple choice questions. The assessment of the single written audits is calculated as the arithmetic mean of the assessments of each exercise and question. A score of zero will be assigned to written audits if the student has not taken the written audits At the end of the course, a score equal to the arithmetic average of the results of all the written audits will be assigned to each student. Final examination consisting of a written test consisting in resolution of exercises and an oral exam. Are exonerated from the written test students who have received an average rating greater than or equal to 18/30 in the written audits. The exemption from the written test is valid for two academic years including the academic year in which it was obtained. For students who have not taken the tests during the course, the evaluation of the written test is in thirtieths, calculated as the arithmetic mean of the assessments, also in thirtieths, of each exercise. The oral exam will focus on the topics of the program that have not been subject to verification during the course or during the written test. It will also include the topics of the program subject to written audits during the course or during the written test in which the student received an evaluation less than 18/30. The final grade will be an average among the evaluations of written audits during the course or written test and of the oral exam. Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI The level of learning is checked by means of both written audits, during the course, and a final examination. Written audits (at least two with evaluation in thirtieths) during the course consisting in resolution of exercises and open or multiple-choice questions. The assessment of the single written audits is calculated as the arithmetic mean of the assessments of each exercise and question. A score of zero will be assigned to written audits if the student has not taken the written audits At the end of the course, a score equal to the arithmetic average of the results of all the written audits will be assigned to each student. Final examination consisting of a written test consisting in resolution of exercises and an oral exam. Are exonerated from the written test students who have received an average rating greater than or equal to 18/30 in the written audits. The exemption from the written test is valid for two academic years including the academic year in which it was obtained. For students who have not taken the tests during the course, the evaluation of the written test is in thirtieths, calculated as the arithmetic mean of the assessments, also in thirtieths, of each exercise. The oral exam will focus on the topics of the program that have not been subject to verification during the course or during the written test. It will also include the topics of the program subject to written audits during the course or during the written test in which the student received an evaluation less than 18/30. The final grade will be an average among the evaluations of written audits during the course or written test and of the oral exam.

Programma del Corso

Modulo: 874/4 - CHIMICA La Tavola Periodica degli Elementi La Tavola Periodica e le proprietà degli elementi. Energia di ionizzazione. Affinità Elettronica.) Il Legame Chimico Il legame covalente: teoria di Lewis. Raggio atomico. Legame dativo e la promozione elettronica. La geometria delle molecole: teoria VSPER. Legame covalente polare:elettronegatività e momento di dipolo. I legami intermolecolari. Molecole con elettroni spaiati e paramagnetismo. Il legame secondo la teoria del legame di valenza. Strutture di Lewis e regola dell’ottetto. Risonanza o mesomeria. Il legame covalente: teoria dell’Orbitale Molecolare. Il legame metallico: il modello a bande. Il legame ionico. Stechiometria e bilanciamento di reazioni: Legge di conservazione di massa. Il concetto di mole. Bilanciamento di reazioni non redox. Bilanciamento delle reazioni redox. Rapporti ponderali: calcolo delle quantità che reagiscono. Reagente limitante. Stati di aggregazione della materia Teoria cinetica e leggi dei gas. Gas ideali e gas reali. Le leggi dei gas ideali. Equazione di stato dei gas ideali. Densità e peso molecolare di un gas. Solubilità dei gas nei liquidi. Equazione di stato dei gas reali. Liquefazione dei gas e diagramma di Andrews. Stato liquido; proprietà fisiche dei liquidi. Tensione di vapore. Equazione di Clausius Clapeyron. Evaporazione e tensione di vapore. Ebollizione. Le soluzioni Soluzioni. Concentrazione delle soluzioni. Definizione di elettrolita e non elettrolita. Tensione di vapore delle soluzioni. Le proprietà colligative.. Energetica di una reazione chimica Variazione di energia durante una reazione. Fattori che influenzano i calori di reazione. Entalpia di reazione standard. La legge di Hess. Entropia in una reazione chimica. Energia libera ed equilibrio chimico. Equilibri omogenei ed eterogenei. Equilibri in soluzione Acidi e basi. Equilibri acido-base. Prodotto ionico dell’acqua. Calcolo del pH di una soluzione acquosa di acido o di base forte, acido o di base debole. pH di acidi Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI Argomento: Struttura e proprietà meccaniche dei materiali Classificazione. Solidi ionici. Solidi covalenti. Solidi molecolari. Sistemi cristallini. Difetti nei cristalli. Proprietà meccaniche. Argomento: Diagrammi di stato Diagrammi di stato ad un componente. Diagrammi di stato binari: miscibilità completa, parziale e nulla allo stato solido. Argomento: Leganti aerei e idraulici Sviluppo storico. Leganti aerei. Calci idrauliche. Cemento Portland, cemento pozzolanico e d’altoforno: produzione, idratazione. Classificazione dei cementi. Prove ed analisi sui cementi. Degrado della pasta cementizia e delle armature. Mix-design del calcestruzzo. Aggregati:distribuzione granulometrica e combinazione ottimale degli aggregati. Principali tecniche diagnostiche in situ ed in laboratorio. Argomento: Acciai e ghise Ghise e acciai: produzione e proprietà meccaniche. Trattamenti termici degli acciai. Classificazione degli acciai. Argomento: Ceramici e vetri Struttura e produzione, laterizi e ceramici tradizionali, principali tipi di vetro. Argomento: Polimeri Classificazione e proprietà dei polimeri. Argomento: Elettrochimica ed elettrolisi Elettrodi e pile. Equazione di Nernst. Misura della f.e.m. di una pila. L’elettrolisi. Sovratensione. Le leggi di Faraday. Argomento: Corrosione dei materiali metallici. Diagrammi di Pourbaix. Relazioni di Tafel. Diagrammi di Evans. Velocità di corrosione Tipologie di corrosione. Protezione contro la corrosione.

Course Syllabus

Modulo: 874/4 - CHIMICA THE PERIODIC SYSTEM : Periodic table and periodic properties of the elements. Ionization energy. Electronic affinity,. THE CHEMICAL BOND : Covalent bond: Lewis theory. Atomic radius. Dative bond. VSEPR theory. Polar covalent bond: electronegativity and dipole moment. Intramolecular interactions. Molecules with unpaired electrons and paramagnetism. Valence bond theory. Lewis structures and octet rule. Resonance. Molecular orbital theory. Metallic bond. Ionic bond. CHEMICAL REACTIONS: Mass conservation law. Mole and atomic weight. Acid-base reactions. Redox reactions. Weight ratio and limiting reagent. THE STATE OF MATTER: The ideal gas. Boyle's law. Charles’s law. Gay Lussac’s law. The ideal gas equation. Gas density. Real gases. The van der Waals’s equation. Liquefaction of gases. Liquid: Physical properties. Vapor pressure. Critical temperature and Andrews diagram. Clausius Clapeyron equation. LIQUID SOLUTIONS: Liquid solutions. Solubility. Concentration of solutions. Definition of electrolyte and non-electrolyte. Vapor pressure of solutions. Colligative properties. CHEMICAL EQUILIBRIUM: Free energy and spontaneity of chemical reactions. Equilibrium in gaseous systems. Influence of concentration, pressure and temperature on the equilibrium. Degree of dissociation. Equilibrium in heterogeneous systems. THERMOCHEMISTRY: Heats of reaction. Reaction standard enthalpy. Hess's Law. Entropy. Free energy and chemical equilibrium. Homogeneous and heterogeneous equilibrium. EQUILIBRIA IN SOLUTION: Acid-base equilibria. Ionic product of water. pH: definition. pH calculation for : strong acid or strong base, weak acid or weak base, polyprotic acids. Hydrolysis equilibria. Hydrolysis pH calculation. Buffer solutions. Solubility product. Modulo: 874/5 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI Topic: Structure and mechanical properties of materials Classification. Ionic solids. Covalent solids. Molecular solids. Crystal structure and defects. Mechanical properties. Topic: Phase diagrams One-component phase diagrams. Binary phase diagrams: complete, limited and zero solubility in the solid state. Topic: Aerial and hydraulic binders Historical evolution of binders. hydraulic lime. Portland cement: production, hydration. Portland-pozzolana and blast furnace cement. Analysis, testing and classification of cement. Degradation. Concrete mix-design. Aggregate: sieve analyses, grading curves, combination of aggregate. Testing techniques of several construction materials. Topic: Cast irons and steels Production and mechanical properties. Heat treatments of steels. Steels and cast irons classification. Topic: Ceramics and glasses Structure and manufacturing processes, traditional refractory and ceramics, main types of glasses. Topic: polymers Classification and properties of polymers. Topic: Electrochemistry and electrolysis Electrodes and batteries. Potential of a half-element. Nernst’s equation. Measurement of e.m.f. of a stack. Electrolysis. Overvoltage. Faraday's laws. Topic: Corrosion of metals Pourbaix diagrams. Tafel equations. Evans diagrams. Types of corrosion and protections. Corrosion rates.