Insegnamenti e programmi

 

SC/0007 - MATERIALI MOLECOLARI E CRISTALLOGRAFIA

Anno Accademico ​2021/2022

Docente
MARIA LAURA ​MERCURI (Tit.)
GUIDO ​ENNAS
Periodo
Primo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/69] ​ ​SCIENZE CHIMICHE [69/00 - Ord. 2019] ​ ​PERCORSO COMUNE668
Obiettivi

Durante il corso gli studenti dovranno acquisire:
MATERIALI MOLECOLARI
LA CONOSCENZA E CAPACITA’ DI COMPRENSIONE
-dei materiali molecolari mono- e multifunzionali;
-dei metodi chimici ed elettrochimici per sintetizzarli;
-delle nozioni di base della Spettroscopia Raman, FT- e Resonance ;
-dei vantaggi della Spettroscopia Raman vs IR
-delle applicazioni della Spettroscopia Raman nel campo dei materiali molecolari, dei composti di coordinazione e di addotti dello iodio e poliioduri e dei beni culturali.
CAPACITA’ di APPLICARE CONOSCENZA e COMPRENSIONE
-selezionare opportunamente i mattoni molecolari al fine di ottenere materiali molecolari con proprietà di conduzione e/o magnetiche e/o luminescenti;
-individuazione delle tecniche di sintesi per la preparazione di materiali mono- e/o multifunzionali;
-individuare le condizioni ottimali per effettuare gli spettri Raman dei diversi materiali (scelta della lunghezza d'onda del laser, tempi di acquisizione, riduzione della fluorescenza).
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Lo studente dovrà essere in grado di interpretare in modo autonomo i risultati sperimentali ottenuti sviluppando un buon senso critico nell'ottimizzazione delle metodologie sintetiche o nella registrazione degli spettri Raman dei materiali ottenuti.
ABILITA’ NELLA COMUNICAZIONE
Il corso si prefigge di sviluppare la capacità di esporre in modo sintetico ed esauriente un nuovo argomento quale quello dei materiali molecolari anche mediante uso di supporti informatici (presentazioni PowerPoint).
CAPACITA’ DI APPRENDERE
Ogni argomento trattato verrà trattato prima da un punto di vista teorico, poi verrà sviluppato praticamente attraverso delle esperienze in laboratorio. Questo approccio dovrebbe sviluppare nello studente la capacità di interconnessione e quindi di apprendimento.

CRISTALLOGRAFIA:
LA CONOSCENZA E CAPACITA' DI COMPRENSIONE
dei cristalli e delle loro proprietà, degli aspetti cinetico-termodinamici della cristallizzazione, delle tecniche di crescita dei cristalli, della costituzione di un diffrattometro a raggi X per cristallo singolo a 4 cerchi in geometria Kappa, delle modalità di raccolta ed elaborazione dati cristallografici, dei metodi per la risoluzione delle strutture cristallografiche ed il loro affinamento.

CAPACITA' DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE (COMPETENZE):
Osservazione e scelta di un microcristallo al microscopio ottico; Allineamento di un cristallo per analisi Single Crystal X-Ray Diffraction (SC-XRD); Uso di alcuni software (Mercury, APEX3, OLEX2) per la risoluzione delle strutture cristallografiche ed il loro affinamento.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO
capacità di interpretare conoscenze e dati sperimentali per inquadrare ogni argomento nel relativo campo di applicazione, sapendo quindi individuare il modo opportuno per la sua trattazione o risoluzione

ABILITA' COMUNICATIVE
capacità di comunicare le conoscenze e le competenze acquisite con un linguaggio formale.

CAPACITA' DI APPRENDIMENTO
necessaria per intraprendere con sufficiente grado di autonomia studi successivi

Prerequisiti

E' indispensabile essere in possesso delle nozioni di chimica, fisica e matematica acquisite nei corsi fondamentali della laurea in Chimica, quali conoscenze di base di: i) spettroscopia vibrazionale e di fluorescenza; ii) composti di coordinazione; e dei contenuti dell’insegnamento “CHIMICA FISICA DELLO STATO SOLIDO CON ESERCITAZIONI” della Laurea Magistrale in Scienze Chimiche: argomenti base della cristallografia, reticoli, celle, simmetrie puntuali e di traslazione, gruppi spaziali, lettura dei gruppi spaziali nelle tavole internazionali di Cristallografia, Reticolo reciproco, Strutture Close-packing, I difetti Cristallini,
Diffrazione di raggi X, Produzione Raggi X, Interazione tra la materia e raggi X ,
Legge di Bragg, fattore di scattering atomico, Fattore di Struttura, Ampiezza di Scattering Totale.

Contenuti

MATERIALI MOLECOLARI
12 ore di teoria propedeutiche al laboratorio:
•Materiali molecolari: introduzione, classificazione e proprietà. (2 ore)
•Materiali Mono- e Multifunzionali con proprietà elettriche, magnetiche e di luminescenza
(2 ore)
•Tecniche di caratterizzazione: Overview (2 ore)
•Spettroscopia Raman (6 ore)
•Principi di base: l’effetto Raman. Regole di selezione. Spettroscopia FT-Raman e Resonance Raman; Strumentazione (Strumenti FT e dispersivi). Confronto con la Spettroscopia IR. (2 ore)
•Interpretazione degli spettri Raman di composti di coordinazione e complessi a trasferimento di carica. (2 ore)
•Overview delle applicazioni della Spettroscopia Raman (FT- e Micro) nei beni culturali e nella scienza dei materiali (2 ore).
Laboratorio (24 ore)
1) Sintesi di Poliioduri e Complessi a trasferimento di carica (4 ore); Caratterizzazione mediante Spettroscopia Raman (4 ore)
2) Sintesi di conduttori/magneti molecolari: elettrocristallizza-zione/ layering (4+4)
3) Caratterizzazione FT-IR (4 ore) e XRD di conduttori/magneti molecolari
4) Caratterizzazione Raman di conduttori molecolari basati sul donatore organico BEDT-TTF (bis ethylenedithiatetrathia-fulvalene) (4 ore).

CRISTALLOGRAFIA
Le lezioni frontali in aula corrispondono a 1.5 CFU (12 ore) e saranno accompagnate 1.5 CFU di esercitazioni pratiche di calcolo e in laboratorio (18 ore).
Ore di Lezione frontale (di tipo euristico)=LF ; ore di Esercitazioni/laboratorio e di didattica partecipativa =EX

Richiamo dei concetti base della cristallografia (vedi anche prerequisiti), Test di verifica dei prerequisiti. LF=2h
I cristalli e le loro proprietà; aspetti cinetico-termodinamici della cristallizzazione, tecniche di crescita dei cristalli. LF=2h
Costituzione di un diffrattometro a raggi X per cristallo singolo a 4 cerchi in geometria Kappa, modalità di raccolta dati cristallografici, LF=2h , EX=4h
Metodi per la risoluzione delle strutture cristallografiche LF = 4h , EX= 4h
ed il loro affinamento LF=2h
Osservazione e scelta di un microcristallo al microscopio ottico; EX=2h
Allineamento di un cristallo e analisi Single Crystal X-Ray Diffraction (SC-XRD) EX=4h
Uso di alcuni software (pacchetto CSD, Vesta, APEX3, OLEX2) per la risoluzione delle strutture cristallografiche ed il loro affinamento. EX=4h

Metodi Didattici

L'insegnamento si svolge nel primo semestre del secondo anno di corso e ha una durata di circa 12 settimane.
Le lezioni in aula sono comprensive di esercitazioni e test di verifica.
A tale scopo verranno utilizzati strumenti multimediali (computer, proiettore, film e simulazioni animate), didattica tradizionale (lezione euristica, lavagna e gesso) e partecipativa (brainstorming, problem solving, cooperative learning).
Per soddisfare esigenze didattiche specifiche connesse alla situazione epidemiologica, è prevista la possibilità di lezioni in diretta streaming o registrazioni delle stesse disponibili on-line. Inoltre, le esercitazioni potranno essere svolte mediante forme di interazione a distanza con i supporti informatici disponibili.
Il docente riceve gli studenti dopo l’orario della lezione e nell’orario di ricevimento per appuntamento anche in via telematica.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione sommativa e certificativa consiste in una prova strutturata e semistrutturata scritta che copre tutti gli argomenti del programma, dalle relazioni di laboratorio e dalla presentazione orale di un argomento a scelta del docente
Come criterio per la sistemizzazione ed il controllo della coerenza di ogni singolo obiettivo verrà utilizzata la tassonomia di Bloom semplificata.

Voto e criterio di valutazione dell’esame
30 e lode: Lo svolgimento della prova scritta è corretto ed ampiamente descritto nei passaggi. Sono stati applicati metodi rigorosi di soluzione. La esposizione orale è risultata particolarmente ricca e precisa e si avvale di spunti critici e personali. Le competenze, l’autonomia di giudizio, le abilità comunicative e la capacità di apprendimento sono decisamente appropriate in ogni singolo dettaglio.
28-30: Lo svolgimento della prova scritta è corretto e descritto nei passaggi. Sono stati applicati metodi rigorosi di soluzione. La esposizione orale è risultata precisa. Le competenze, l’autonomia di giudizio, le abilità comunicative e la capacità di apprendimento sono appropriate in ogni singolo dettaglio.
25-27: Lo svolgimento dei compiti comprensivi di esercizi numerici e temi è corretto e descritto nei passaggi. . La esposizione orale è risultata precisa. Le competenze, l’autonomia di giudizio, le abilità comunicative e la capacità di apprendimento sono buone anche se solo sufficienti nei dettagli.
22-24: Lo svolgimento della prova scritta è affetto da errori di distrazione facilmente individuabili (segni sbagliati, errate cifre significative) e talvolta gli esercizi ed i temi non risultano completi ma comunque prossimi alla soluzione. . La esposizione orale è risultata sufficiente. Le competenze, l’autonomia di giudizio, le abilità comunicative e la capacità di apprendimento sono adeguate pur con qualche incertezza.
18-21: Lo svolgimento della prova scritta è affetto da alcuni errori e talvolta gli esercizi ed i temi non risultano completi ma comunque correttamente impostati. La esposizione orale è risultata appena sufficiente. Le competenze, l’autonomia di giudizio, le abilità comunicative e la capacità di apprendimento sono nel loro complesso appena sufficienti.
Insuff: Gravi errori concettuali o di svolgimento. Alcuni esercizi o temi non vengono neppure svolti o compresi.
Grave Insuff: Gravi errori concettuali o di svolgimento. Vari esercizi o temi non vengono neppure svolti. Diffuse lacune che non possono essere colmate in tempi brevi.

Testi

M. L. Mercuri, et al. "Multifunctional Materials of interest in Molecular Electronics”. In: Ouahab, L. (ed.) Handbook of Multifunctional Molecular Materials, Pan Stanford Publishing, Singapore (2013) ISBN 978-981-4364-29-4 (Hardcover), 978-981-4364-30-0 (eBook).
“Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds”, K. Nakamoto, John Wiley and Sons, Inc, 1978. “Introductory Raman Spectroscopy”, K. Nakamoto & J. Ferraro, Academic Press, Inc, 1994;
“Microscale Inorganic Chemistry”, Z.Szafran, R.M.Pike, M.M.Singh (Inorganic Experiments).


Appunti forniti dal docente

Altre Informazioni

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