scienza e tecnologia dei materiali

o Conoscenza e capacità di comprensione
Conoscenza dei principi, concetti, strumenti e metodologie dell’analisi del ciclo di vita per la realizzazione di programmi e politiche di sviluppo sostenibile. Capacità di comprendere le strategie per individuare le sorgenti di emissione di inquinanti ed i punti critici di una produzione ad alto impatto ambientale, le strategie di recupero dei rifiuti, delle acque reflue, degli scarti industriali per reintrodurli nei cicli produttivi, mimando i cicli naturali. Il corso si articola in lezioni teoriche, che hanno lo scopo di accrescere la capacità dello studente di comprendere gli strumenti analitici utilizzati per valutare l’impatto ambientale dei processi produttivi, individuare le sorgenti di emissione, scegliere le strategie per la mitigazione degli impatti e per l’innovazione dei processi produttivi allo scopo di renderli più ecocompatibili.
o Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di applicare strategie e modelli di valutazione dell’impatto ambientale attraverso l’analisi del ciclo di vita, l’analisi dello stato dell’arte della tecnologia. Tale capacità attesa sarà il risultato di applicazioni pratiche su piattaforme software dedicate cui lo studente sarà chiamato ad utilizzare e gestire in maniera autonoma.
o Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà acquisire una propria autonomia di giudizio nel valutare i risultati delle modellizzazioni di ciclo di vita effettuate, i risultati delle ricerche dello stato dell’arte di una tecnologia di produzione, correggere individualmente o in gruppo i risultati ottenuti per il miglioramento dell’autonomia di giudizio dei risultati ottenuti.
o Abilità comunicative
Lo studente dovrà acquisire la capacità di discutere e soprattutto divulgare i concetti fondamentali delle tematiche di studio, nonché i risultati ottenuti in modo chiaro ed esauriente adeguando il livello tecnico a seconda degli utilizzatori finali, utilizzando il corretto linguaggio scientifico. Al raggiungimento di questo obiettivo concorrono le discussioni dei casi di studio, durante le lezioni.
o Capacità di apprendimento
I risultati attesi riguardano la capacità di integrare le conoscenze di base anche attraverso il reperimento di risorse web dei siti istituzionali relativi alla ricerca brevettuale e accademica, per valutare criticamente le tecnologie e proporre soluzioni che consentano l’abbattimento del carico ambientale di un prodotto o di un servizio.

Descrittore di Dublino 1
o Conoscenza dei principi, concetti, strumenti e metodologie dell’analisi del ciclo di vita per la realizzazione di programmi e politiche di sviluppo sostenibile.
o Capacità di comprendere le strategie per individuare le sorgenti di emissione di inquinanti ed i punti critici di una produzione ad alto impatto ambientale, le strategie di recupero dei rifiuti, delle acque reflue, degli scarti industriali per reintrodurli nei cicli produttivi, mimando i cicli naturali.

Descrittore di Dublino 2
o Capacità di applicare strategie e modelli di valutazione dell’impatto ambientale attraverso l’analisi del ciclo di vita, l’analisi dello stato dell’arte della tecnologia. Tale capacità attesa sarà il risultato di applicazioni pratiche su piattaforme software dedicate cui lo studente sarà chiamato ad utilizzare e gestire in maniera autonoma.

Descrittore di Dublino 3: capacità critiche e di giudizio
o Lo studente dovrà acquisire una propria autonomia di giudizio nel valutare i risultati delle modellizzazioni di ciclo di vita effettuate, i risultati delle ricerche dello stato dell’arte di una tecnologia di produzione, correggere individualmente o in gruppo i risultati ottenuti per il miglioramento dell’autonomia di giudizio dei risultati ottenuti.
Descrittore di Dublino 4: capacità di comunicare quanto si è appreso
o Lo studente dovrà acquisire la capacità di discutere e soprattutto divulgare i concetti fondamentali delle tematiche di studio, nonché i risultati ottenuti in modo chiaro ed esauriente adeguando il livello tecnico a seconda degli utilizzatori finali, utilizzando il corretto linguaggio scientifico. Al raggiungimento di questo obiettivo concorrono le discussioni dei casi di studio, durante le lezioni.
Descrittore di Dublino 5: capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita
o Nello svolgimento dell’esame, gli argomenti proposti avranno un grado di approfondimento crescente al fine di stabilire a quale livello di conoscenze, fondamentale, intermedio e superiore, sia pervenuta la capacità di apprendimento dello studente.

Cicli produttivi industriali ad alto impatto ambientale. Acciaio a ciclo integrale. Concetto di produzione a merci congiunte e problemi di allocazione. I materiali polimerici: introduzione, metodi di sintesi, impatti ambientali.
Ricerca dello stato della tecnica di una innovazione tecnologica: metodi e strategie. Esercitazioni sull'uso delle piattaforme dell'European Patent Office: ricerca brevettuale su sistema Esp@cenet e Derwent.
I problemi di tutela dell'ambiente nella logica dello sviluppo sostenibile. Indicatori ambientali e di sostenibilità. Categorie d’impatto: gas serra e cambiamento climatico, eutrofizzazione, ozone depletion potential, smog fotochimico, abiotic depletion, consumi di risorse fossili, potenziale di acidificazione, tossicità ed ecotossicità umana. La politica ambientale della UE.
Tutela dell'ambiente e innovazione di prodotto e di processo. Le politiche di prodotto (etichette ambientali e sistemi di gestione ambientale). PEF (Product Environmental Footprint).
Il ciclo di vita di prodotti e servizi. Life Cycle Assessment (LCA). Norme ISO 14040-14044, fasi della valutazione, definizione di obiettivi e scopi. Funzione e unità funzionale del sistema. Flussi di riferimento e allocazione. Analisi di inventario. Valutazione degli impatti. Metodi mid-point ed end-point. Interpretazione dei dati, analisi dell’incertezza dei risultati, metodo Montecarlo. Carbon footprint e applicazioni di calcolo. Sviluppo di progetti di studio (a gruppi) su tematiche LCA.
Casi pratici: packaging per alimenti e mascherine anti SARS-CoV-2, materiali polimerici, formulati.

La valutazione dello studente prevede una prova orale che generalmente consiste in tre domande relative a differenti argomenti del corso.
Il punteggio della prova d’esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. Esso in genere tiene conto i) della partecipazione dello studente alle lezioni ii) della partecipazione dello studente alla discussione critica dei risultati ottenuti dall’applicazione degli strumenti di analisi del ciclo di vita. Una votazione eccellente è il risultato del soddisfacimento di gran parte dei criteri di valutazione.
Conoscenza e capacità di comprensione:
o Livello minimo per il superamento dell’esame: conoscenza delle fasi del ciclo di vita secondo le norme ISO14040-14044, conoscenza della tecnologia dei cicli produttivi a livello base, conoscenza dei criteri di brevettazione di una invenzione.
o Livello intermedio: capacità di scegliere l’unità funzionale, individuare la funzione del sistema e proporre un modello di LCA sulla base degli obiettivi dello studio LCA. Capacità di individuare le migliori tecnologie disponibile attraverso l’analisi brevettuale di anteriorità. Capacità di modellizzare uno studio LCA con software e database.
o Livello superiore: impostare uno studio LCA completo di prodotto o processo, capacità di scegliere unità funzionali consone allo studio, capacità critica nel reperire le fonti bibliografiche e organizzare i dati di letteratura, capacità di costruire un’analisi di inventario strutturata e di scegliere i dati secondari da database.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
o Livello minimo per il superamento dell’esame: conoscere le tecniche di base per effettuare uno studio LCA.
o Livello intermedio: correlare i dati ottenuti con quelli di bibliografia per valutarne la coerenza.
o Livello superiore: capacità di individuare i punti critici nello studio degli impatti ambientali mediante LCA e proporre soluzioni. Capacità di sviluppare modelli con software dedicati e database, dati di letteratura e informazioni aziendali. Capacità di scalare i risultati ottenuti dal livello di impianti pilota a quelli industriali.
Autonomia di giudizio:
o Capacità di svolgere ricerche bibliografiche e di utilizzare basi di dati e capacità di realizzare modelli LCA
Abilità comunicative:
o Per tutti i livelli: dimostrare la conoscenza della corretta terminologia scientifica, relativa alle conoscenze richieste per i tre livelli, ed esporre con proprietà di linguaggio gli argomenti delle domande di esame.
Capacità di apprendere:
o Nello svolgimento dell’esame, gli argomenti proposti avranno un grado di approfondimento crescente al fine di stabilire a quale livello di conoscenze, fondamentale, intermedio e superiore, sia pervenuta la capacità di apprendimento dello studente
Accertamento dell’acquisizione delle nozioni teoriche (tramite esame orale), e della capacità di integrare le nozioni apprese rispetto al programma svolto.
Voti:
o Da 1 a 17 - Gli studenti non sono in grado di fornire una descrizione di base dei della metodologia LCA dei flussi di materia ed energia dei cicli produttivi studiati nel programma, della brevettabilità di una invenzione.
o Da 18 a 24 - Gli studenti sono in grado di fornire una descrizione di base della metodologia LCA, dei flussi di materia ed energia dei cicli produttivi studiati nel programma, della brevettabilità di una invenzione.
o Da 25 a 27 - Gli studenti sono in grado di fornire una buona descrizione della metodologia LCA, dei flussi di materia ed energia dei cicli produttivi studiati nel programma, della brevettabilità di una invenzione.
o Da 28 a 30 cum laude - Gli studenti sono in grado di fornire una descrizione avanzata della metodologia LCA, dei flussi di materia ed energia dei cicli produttivi studiati nel programma, della brevettabilità di una invenzione.

Disponibili sulla Classe TEAMS: “Analisi LCA - Life Cycle Assessment”

Conoscenza delle leggi della Chimica Fisica applicate alle proprietà dei materiali e alle trasformazioni della materia.

Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere e comprendere:
la distinzione tra grandezze chimico-fisiche intensive ed estensive e il significato delle grandezze parziali molari;
i principi della termodinamica e l'equazione fondamentale della termodinamica;
le principali funzioni di stato — energia interna, entalpia, energia libera di Helmholtz ed energia libera di Gibbs — e le relative relazioni differenziali;
il concetto di potenziale chimico e il suo ruolo nei criteri di spontaneità ed equilibrio;
le proprietà dei gas ideali e reali;
i principi della termochimica e il significato delle grandezze termodinamiche standard;
i criteri di spontaneità ed equilibrio nelle diverse condizioni operative;
la relazione tra energia libera, attività delle specie e costante di equilibrio;
le proprietà fondamentali degli stati solido, liquido e aeriforme e i principi che governano gli equilibri di fase;
le proprietà delle soluzioni ideali e le proprietà colligative;
i concetti fondamentali della cinetica chimica, inclusi velocità, ordine di reazione, meccanismi cinetici, legge di Arrhenius e catalisi;
i principi della cinetica enzimatica secondo i modelli di Michaelis-Menten e Briggs-Haldane;
i principi di base dell'analisi dei dati sperimentali e degli strumenti computazionali utilizzati in Chimica Fisica.

Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di:
applicare i principi della termodinamica alla descrizione quantitativa delle trasformazioni della materia;
utilizzare dati termodinamici tabulati per calcolare entalpie, entropie ed energie libere di reazione in condizioni standard e non standard;
calcolare costanti di equilibrio e valutarne la dipendenza dalla temperatura;
applicare il concetto di potenziale chimico allo studio di equilibrio di fase ed equilibrio chimico;
interpretare diagrammi di fase di sostanze pure e discutere le condizioni di equilibrio nei sistemi multicomponente;
ricavare e applicare le relazioni che descrivono il mescolamento e le proprietà colligative;
formulare un meccanismo cinetico come sistema di equazioni differenziali e risolvere analiticamente semplici sistemi cinetici;
applicare metodi empirici per determinare l'ordine e i parametri cinetici di una reazione;
utilizzare MATLAB per elaborare e rappresentare dati, effettuare fitting, risolvere numericamente equazioni differenziali e affrontare problemi quantitativi di Chimica Fisica;
elaborare i dati ottenuti nelle esperienze di laboratorio, calcolare le proprietà di interesse e valutarne le incertezze;
redigere una relazione scientifica riportando correttamente dati, unità di misura, cifre significative, incertezze e risultati.

Autonomia di giudizio — DD3
Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:
valutare criticamente l'applicabilità di modelli e approssimazioni della Chimica Fisica al sistema considerato;
valutare l'energia coinvolta nelle trasformazioni della materia e individuare i criteri appropriati per stabilirne spontaneità ed equilibrio;
analizzare criticamente dati sperimentali, distinguendo il dato misurato dalla proprietà ricavata mediante procedure indirette;
valutare incertezze sperimentali, cifre significative e significatività dei risultati ottenuti;
confrontare risultati sperimentali, previsioni teoriche e risultati di calcolo e individuare possibili cause di discrepanza.
Abilità comunicative — DD4
Lo studente sarà in grado di:
utilizzare un linguaggio tecnico-scientifico appropriato nella comunicazione orale e scritta;
descrivere e formalizzare matematicamente un problema di Chimica Fisica;
presentare dati sperimentali mediante tabelle e grafici appropriati;
redigere una relazione di laboratorio organizzata secondo la struttura di una comunicazione scientifica;
discutere criticamente risultati teorici, computazionali e sperimentali.
Capacità di apprendere in modo autonomo — DD5
Lo studente sarà in grado di:
affrontare problemi termodinamici e cinetici non esplicitamente trattati durante le lezioni applicando autonomamente i principi acquisiti;
utilizzare testi, dispense, documentazione tecnica e risorse scientifiche per approfondire nuovi problemi;
sviluppare o modificare semplici programmi MATLAB per affrontare problemi quantitativi di Chimica Fisica e analizzare nuovi set di dati;
integrare conoscenze teoriche, sperimentali e computazionali nell'analisi di proprietà e trasformazioni dei materiali.

Fondamenti della termodinamica classica
Sistema termodinamico. Grandezze di stato. Equilibrio termodinamico ed equazione di stato. Trasformazioni di stato. Funzioni di stato e differenziali esatti.
Lo stato aeriforme
Equazione di stato del gas ideale. Miscele di gas ideali e legge di Dalton. Gas reali e deviazioni dal comportamento ideale. Equazione di van der Waals. Diagramma di Andrews e parametri critici.
Principio zero e Primo Principio della termodinamica
Scambi di energia tra sistema e ambiente: calore e lavoro e relative convenzioni. Principio zero. Temperatura e termometri. Capacità termiche e calori specifici. Primo Principio della termodinamica. Energia interna e conservazione dell'energia. Entalpia. Relazione tra Cp e Cv. Relazione di Mayer.
Gas reali e grandezze parziali molari
Espansione libera di un gas. Energia interna ed entalpia del gas ideale. Coefficiente di Joule-Thomson dei gas reali. Grandezze intensive ed estensive. Volumi parziali molari.
Termochimica
Calore di reazione ed equazioni termochimiche. Entalpia ed energia di reazione. Calorimetria. Stato standard. Entalpie standard di formazione. Legge di Hess. Legge di Kirchhoff.
Secondo e Terzo Principio della termodinamica
Entropia come funzione di stato. Processi spontanei. Disuguaglianza di Clausius. Macchine termiche ed enunciato di Kelvin-Planck. Terzo Principio. Calcolo delle entropie standard delle sostanze pure e delle variazioni di entropia di reazione. Dipendenza dalla temperatura.
Energia libera e criteri di spontaneità ed equilibrio
Energie libere di Helmholtz e Gibbs. Contributi entalpico ed entropico. Energia libera standard di formazione e di reazione. Energia libera in condizioni non standard.
Equazione fondamentale, trasformazioni di Legendre ed equilibrio chimico
Equazione fondamentale della termodinamica. Trasformazioni di Legendre. Equazioni di Maxwell. Dipendenza dell'energia libera di Gibbs da pressione e temperatura. Equazione di Gibbs-Helmholtz. Quoziente di reazione e costante di equilibrio. Attività delle specie chimiche. Equazione di van't Hoff.
Potenziale chimico
Potenziale chimico ed energia libera molare. Equazione di Gibbs-Duhem. Potenziale chimico come criterio di spontaneità ed equilibrio. Potenziale chimico di gas ideali e reali. Coefficiente di attività. Equilibri eterogenei.
Diagrammi di fase
Stati di aggregazione e trasformazioni di fase. Analisi termica e termogrammi. Diagrammi p-T e p-V di sostanze pure. Sistemi eterogenei e fasi. Equazione di Clapeyron. Condizioni di equilibrio in sistemi eterogenei multicomponente.
Soluzioni
Processo di dissoluzione ed entalpia di mescolamento. Saturazione e solubilità. Soluzioni ideali. Tensione di vapore. Legge di Raoult. Proprietà colligative.
Cinetica chimica: principi fondamentali
Reazioni chimiche e conservazione della massa. Meccanismi di reazione e reazioni elementari. Velocità di reazione. Ordine di reazione e molecolarità. Legge di azione di massa. Reazioni elementari reversibili e relazione con l'equilibrio. Legge di Arrhenius ed energia di attivazione.
Cinetica chimica: analisi formale ed empirica
Traduzione di un meccanismo cinetico in un sistema di equazioni differenziali. Equazioni di conservazione della massa. Soluzioni analitiche per meccanismi semplici. Metodi per la determinazione dell'ordine di reazione. Principi della catalisi chimica. Catalisi enzimatica ed equazioni di Michaelis-Menten e Briggs-Haldane.
Laboratorio sperimentale
determinazione dell'entalpia di evaporazione dell'acqua;
determinazione del calore di combustione del saccarosio;
determinazione dell'abbassamento crioscopico di soluzioni contenenti soluti non volatili;
elaborazione dei dati sperimentali, valutazione delle incertezze e stesura delle relazioni secondo la struttura di un rapporto scientifico.
Attività computazionali in MATLAB
introduzione all'ambiente MATLAB e principi di programmazione;
algebra matriciale;
rappresentazione grafica ed elaborazione dei dati;
fitting di dati sperimentali;
soluzione numerica di equazioni differenziali;
soluzione mediante MATLAB di problemi di Chimica Fisica;
trattamento e analisi dei dati ottenuti nelle esperienze di laboratorio.

La valutazione finale è costituita da:
esame orale: 80% del voto finale;
valutazione delle tre relazioni di laboratorio: 20% del voto finale.
Esame orale
L'esame orale comprende:

• la discussione di un argomento scelto dallo studente tra quelli trattati nelle lezioni 1-10;
• tre domande formulate dal docente sugli argomenti del programma,
• la discussione delle relazioni di laboratorio
  Lo studente deve dimostrare una conoscenza adeguata di tutti gli argomenti oggetto della prova e la capacità di utilizzare correttamente il linguaggio e i metodi matematici propri della Chimica Fisica.
  Prove in itinere
  Durante il corso sono previste due prove in itinere facoltative:
  > I prova: argomenti delle lezioni 1-5;
  > II prova: argomenti delle lezioni 6-10.
  Ciascuna prova si considera superata con un voto pari o superiore a 18/30.
  Per ogni prova in itinere superata viene eliminata una delle tre domande del docente dall'esame orale e il voto ottenuto nella prova concorre alla determinazione del voto finale.
  Lo studente può scegliere di non avvalersi del risultato di una prova in itinere e sostenere durante l'esame la corrispondente domanda.
  In caso di superamento di entrambe le prove in itinere, l'esame orale comprende l'argomento scelto dallo studente nell'ambito delle lezioni 1-10 e una domanda del docente sulla parte di Cinetica Chimica.
  Relazioni di laboratorio
  Le tre relazioni di laboratorio contribuiscono complessivamente per il 20% al voto finale.
  Le relazioni possono essere:
  inviate in formato digitale almeno 15 giorni prima dell'appello e discusse/corrette con il docente prima della data dell'esame. Se la procedura di revisione e correzione è stata completata prima dell'esame, le relazioni non saranno oggetto di ulteriore accertamento durante la prova orale;
  qualora la correzione preventiva non sia stata completata, le relazioni devono essere stampate e presentate in formato cartaceo all'esame, durante il quale saranno discusse con il docente.
  La valutazione delle relazioni tiene conto della correttezza dell'elaborazione dei dati, della valutazione delle incertezze, dell'uso appropriato delle cifre significative, della qualità della rappresentazione dei risultati e della capacità di discuterli criticamente.
  Criteri di valutazione
  Nell'esame orale saranno valutati:
  conoscenza e comprensione delle leggi e dei principi della Chimica Fisica;
  capacità di formalizzare matematicamente un problema;
  capacità di utilizzare dati tabulati e applicare correttamente le relazioni termodinamiche e cinetiche;
  capacità di collegare principi teorici, risultati sperimentali e descrizione quantitativa;
  chiarezza espositiva e appropriatezza del linguaggio scientifico;
  capacità di applicare i concetti anche a problemi non identici a quelli discussi durante il corso.
  Il voto finale è espresso in trentesimi e l'esame è superato con una votazione pari o superiore a 18/30.
  In assenza di prove in itinere, l'esame orale contribuisce per l'80% e le relazioni per il 20%. Qualora siano utilizzati i risultati delle prove in itinere, ciascuna prova superata sostituisce una delle tre domande del docente e il relativo voto entra nella componente dell'80% destinata alla valutazione della parte teorica. Con due prove in itinere utilizzate, il peso dell'esame orale è pertanto pari al 40%, quello delle due prove al 40% e quello delle relazioni al 20%.

1) P. Atkins, J. de Paula, Chimica Fisica, Zanichelli.
2) Dispense e materiale didattico forniti dal docente.
3) Testi e soluzioni delle prove in itinere.
4) Materiale ed esercizi relativi alle attività MATLAB e alle esperienze di laboratorio.
Le dispense fornite dal docente coprono gli argomenti trattati durante il corso. Il testo di riferimento è consigliato per approfondimenti e per una trattazione più estesa degli argomenti.

Lo scopo del corso è di acquisire conoscenze di base di chimica, eseguire i calcoli stechiometrici più diffusi e fare le prime esperienze nel laboratorio chimico

Conoscenza dei diversi aspetti di base della chimica

Capacità di eseguire esercizi e calcoli stechiometrici elementari

Autonomia di giudizio
Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di valutare come applicare le nozioni acquisite ragionando anche sulla reattività di composti ed elementi
Abilità comunicative
Al termine del corso lo studente dovrà possedere competenze nell’esposizione di problematiche chimiche.
Capacità di apprendere in modo autonomo
Essa è correlata alla capacità dello studente e alla sua applicazione allo studio

Concetti preliminari: elementi, composti, molecole, formule minime, molecolari e di struttura, legge di Lavoisier, legge di Dalton, legge di Einstein, numero atomico, numero di massa, isotopi, abbondanza isotopica.
La mole: massa atomica assoluta e relativa, masse atomiche medie geonormali, numero di Avogadro, definizione di mole, calcolo della formula minima. Esercizi.
Struttura elettronica degli atomi: la luce, spettri di emissione e di assorbimento, teorie atomiche di Rutherford e Bohr, postulato di De Broglie, principio di indeterminazione di Heisenberg, cenni sulla teoria quantistica e sulla moderna teoria atomica (funzione d’onda ed equazione di Schrödinger), numeri quantici, probabilità puntuale e probabilità radiale, orbitali, atomi polielettronici,
principio di Pauli e regola di Hund, AUFBAU, tavola periodica, potenziale di ionizzazione, affinità elettronica, proprietà periodiche, metalli, non metalli e semimetalli.
Legame chimico: legame ionico, legame covalente, teoria di Lewis, VSEPR, cenni sulla teoria del legame di valenza, ibridizzazione, risonanza, cenni sulla teoria dell’orbitale molecolare, elettronegatività, cenni sul legame metallico, legami secondari. Esercizi sulla struttura delle molecole.
Nomenclatura e reazioni: numero di ossidazione, nomenclatura tradizionale, cenni di nomenclatura IUPAC, reazioni chimiche (redox e non redox), bilanciamento reazioni, calcoli stechiometrici sulle reazioni, reagente limitante, resa di reazione. Esercizi.
Stato aeriforme: gas ideali, leggi di Boyle, Charles e Gay Lussac, ipotesi di Avogadro, equazione di stato dei gas ideali, densità dei gas, legge di Dalton e Amagat, reazioni tra sostanze allo stato gassoso, sviluppo di gas nelle reazioni chimiche e combustioni. Esercizi.
Stato liquido: tensione di vapore, Soluzioni e concentrazioni, proprietà colligative. Esercizi.
Cenni di termodinamica chimica: primo principio della termodinamica, energia interna, entalpia, trasformazioni reversibili e irreversibili, secondo principio della termodinamica, entropia, terzo principio della termodinamica, energia libera di Gibbs, criteri di spontaneità.
Equilibrio chimico (cenni): costante di equilibrio, legge di azione di massa, equilibri eterogenei, elettroliti forti e deboli, equilibrio di solubilità.
Teorie acido-base: acidi e basi forti e deboli, pH e pOH, calcolo del pH, idrolisi, anfoteri soluzioni tampone. Esercizi.
Cenni di elettrochimica: celle galvaniche, celle elettrolitiche, elettrodo standard a idrogeno, forza elettromotrice e ddp, potenziali red-ox standard, previsioni delle reazioni redox, equazione di Nernst.
Esperienze di laboratorio: introduzione alle più comuni operazioni di laboratorio (identificazione ed uso del materiale di laboratorio, preparazione di soluzioni, separazione di composti); preparazione di solfato rameico per ossidazione del rame; misura della solubilità di sali; determinazione del pH di soluzioni acquose.

Esame scritto

Chimica di base, F. Arnesano et al., EDISES, ISBN 978 88 3623 184 3
Esercizi risolti (e non) di Stechiometria, EDISES, ISBN 978 88 3623 181 2

Lo scopo del corso è quello di fornire: (i) Conoscenza completa della notazione, della nomenclatura IUPAC e delle convenzioni per la rappresentazione grafica dei composti organici; (ii) Conoscenza delle proprietà dei principali gruppi funzionali organici e del loro comportamento nelle reazioni chimiche; (iii) Conoscenza della stereochimica. (iv) Conoscenza delle principali classi di reazioni organiche; (v) Conoscenza dei principali elettrofili, nucleofili, acidi e basi organici; (vi) Conoscenza degli effetti sterici ed elettronici dei sostituenti sulla reattività dei composti.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di: (i) prevedere il comportamento chimico delle molecole organiche e conoscere i principali meccanismi delle reazioni più comuni che coinvolgono i vari gruppi funzionali; (i) Risolvere problemi di chimica organica semplici in modo indipendente mediante analisi restrosintetica; (iii) Esprimersi con un linguaggio scientifico e tecnico appropriato.

Descrittore di Dublino 1: conoscenza e capacità di comprensione
o Conoscere in maniera approfondita le proprietà e la reattività dei principali composti organici
o Conoscere e saper valutare le interazioni intermolecolari che avvengono fra le specie organiche

Descrittore di Dublino 2: capacità di applicare conoscenza e comprensione
o Essere in grado di prevedere il comportamento e la reattività di differenti composti organici in funzione delle differenti condizioni.
o Essere in grado di realizzare un’analisi retrosintetica.

Descrittore di Dublino 3: capacità critiche e di giudizio

• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
  o Progettare la sintesi di semplici molecole organiche
  Descrittore di Dublino 4: capacità di comunicare quanto si è appreso.
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
  o Acquisire il linguaggio specifico della materia
  Descrittore di Dublino 5: capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita.
• Capacità di apprendere in modo autonomo
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
  Capire i concetti fondamentali alla base della chimica organica e come essa sia rilevante nell’ambito della scienza dei materiali.

Modulo 1: Introduzione alla Chimica Organica
Concetti fondamentali: atomi, molecole, legami chimici.
Struttura atomica: elettroni, protoni, neutroni.
Ibridazione degli orbitali sull'atomo di carbonio.
I gruppi funzionali e la nomenclatura.
Modulo 2: Isomeria e Stereochimica
Isomeria di struttura: isomeria di catena, di posizione, di funzione e tautomeria.
Stereoisomerismo: enantiomeri e diastereoisomeri.
Chiralità. Configurazioni assolute. Attività ottica. Discriminazione chirale.
Modulo 3: Proprietà Fisico-Chimiche dei Composti Organici
Proprietà fisico-chimiche dei composti organici in correlazione con la struttura molecolare.
Interazioni intermolecolari. Melting e boiling points, solubilità in acqua e solventi organici.
Modulo 4: Reazioni Organiche Fondamentali
Alogenazione radicalica
Sostituzione nucleofila alifatica e reazioni di eliminazione: SN1 e SN2, E1 e E2
Addizione elettrofila al doppio legame
Addizioni nucleofile al carbonile
Reattivi di Grignard
Modulo 5: Reazioni Avanzate e Concetti Chiave
Aromaticità: benzene e derivati,
Reazioni di sostituzione elettrofila e nucleofila aromatica.
Effetti elettronici dei sostituenti.
Modulo 6: Sintesi Organica
Concetti base della sintesi organica.

Esame Orale che prevede un esrcizio retrosintetico e la discussione del design di una sintesi, oltre alla discussione sulla stereochimica e sulla teoria delle reazioni proposte

William Brown, Thomas Poon, “Introduzione alla Chimica Organica – 5° edizione”, EdiSES

L'insegnamento ha l'obiettivo di far acquisire conoscenza di base della fisica classica: meccanica del punto materiale e dei sistemi di punti materiali, meccanica del corpo rigido, gravitazione, fluidi, moti oscillatori, onde meccaniche.

● Acquisizione delle basi teoriche e sperimentali della Fisica Classica e comprensione critica dei suoi aspetti più importanti, in particolare del moto del punto materiale, sistemi di punti materiali, corpo rigido, dei moti meccanici oscillatori e ondosi e dei fluidi. Allo sviluppo di tali conoscenze concorrono attività formative di base e caratterizzanti nel settore di Fisica Generale. La verifica di tali
conoscenze avviene attraverso prove orali di esame
● Comprensione di come le leggi della Fisica vengono verificate mediante esempi ed esperimenti celebri
● Comprensione del metodo scientifico, della natura e delle modalità della ricerca in Fisica. Tale comprensione è acquisita ponendo particolare accento alla natura sperimentale della disciplina, alla modellistica e ai processi di costruzione delle teorie fisiche

Capacità di riconoscere autonomamente gli elementi essenziali di un fenomeno fisico e di descriverlo mediante opportune relazioni tra grandezze fisiche, individuando gli ordini di grandezza e il livello di approssimazione adeguato. Capacità di impostare e risolvere problemi di fisica classica relativi alla meccanica, ai fluidi, ai moti oscillatori e ai fenomeni ondulatori, applicando correttamente i principi e i modelli teorici acquisiti.

Al termine dell’insegnamento, lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:
analizzare criticamente un fenomeno fisico, distinguendone gli aspetti essenziali da quelli marginali e valutando la validità delle ipotesi, delle approssimazioni e dei modelli adottati;
verificare la coerenza dei risultati ottenuti, anche mediante l’analisi dimensionale e la valutazione degli ordini di grandezza, individuando eventuali incongruenze e possibili fonti di errore;
esporre con chiarezza e rigore logico, in forma scritta e orale e mediante un linguaggio scientifico appropriato, i principi fisici, i procedimenti di risoluzione e i risultati ottenuti;
utilizzare autonomamente le conoscenze e gli strumenti metodologici acquisiti per approfondire gli argomenti trattati e affrontare lo studio di tematiche scientifiche successive;
valutare criticamente il proprio livello di preparazione, riconoscendo eventuali lacune e adottando strategie adeguate per colmarle;
consultare e comprendere testi universitari e altre fonti scientifiche di base, sviluppando un metodo di studio autonomo e continuo.

Introduzione
La Fisica e il metodo sperimentale. Misura di grandezze fisiche. Unità di misura. Errori di misura e cenni alla loro trattazione. Rappresentazione delle grandezze fisiche, notazione scientifica, analisi dimensionale.
Calcolo vettoriale
Grandezze scalari e vettoriali. Prodotto di uno scalare per un vettore. Somma e differenza di vettori. Componenti cartesiane dei vettori. Versori. Prodotto scalare. Prodotto vettoriale. Derivata di un vettore e di un versore. Derivata intrinseca di un vettore.
Cinematica del punto materiale
Sistemi di riferimento. Posizione, spostamento, velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto di caduta libera. Moto armonico semplice. Moto nel piano. Componenti polari della velocità. Accelerazione nel moto piano. Moto circolare uniforme e uniformemente accelerato. Velocità angolare e accelerazione angolare. Accelerazione centripeta e tangenziale. Notazione vettoriale nel moto circolare. Moto parabolico. Cinematica dei moti relativi.
Dinamica del punto materiale
Principi di Newton. Forza peso. Reazione normale. Forza elastica. Forze d'attrito statico e dinamico. Forza centripeta. Lavoro. Potenza. Energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Teorema dell'energia cinetica. Conservazione dell'energia meccanica. Dinamica delle rotazioni: momento di una forza ; Momento angolare. Dinamica dei moti relativi
Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Moto di trascinamento traslatorio rettilineo. Moto di trascinamento rotatorio uniforme.
Lavoro ed energia
Lavoro di una forza. Potenza. Energia cinetica. Teorema del lavoro e dell’energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Lavoro ed energia potenziale della forza peso. Lavoro ed energia potenziale di una forza elastica. Energia meccanica e sua conservazione. Attrito dinamico. Lavoro delle forze non conservative. Conservazione dell’energia.
Gravitazione
Forze centrali. Velocità areale. Leggi di Keplero. Legge di gravitazione universale. Campo gravitazionale.
Dinamica dei sistemi di punti materiali
Sistemi di punti materiali. Forze in un sistema di punti materiali. Centro di massa: posizione, velocità, accelerazione e seconda legge di Newton. Conservazione della quantità di moto. Teorema del momento angolare per i sistemi di punti materiali. Conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Momenti nel sistema del centro di massa. Teorema di König per il momento angolare. Teorema di König per l'energia cinetica. Energia e lavoro per un sistema di punti materiali.
Urti. Classificazione degli urti. Urto elastico, urto anelastico, urto completamente anelastico.
Dinamica dei corpi rigidi
Definizione di corpo rigido. Centro di massa di un corpo rigido. Moti di un corpo rigido. Moto traslatorio di un corpo rigido. Moto rotatorio di un corpo rigido intorno a un asse fisso. Momento angolare di un corpo rigido. Seconda legge di Introduzione
La Fisica e il metodo sperimentale. Misura di grandezze fisiche. Unità di misura. Errori di misura e cenni alla loro trattazione. Rappresentazione delle grandezze fisiche, notazione scientifica, analisi dimensionale.
Calcolo vettoriale
Grandezze scalari e vettoriali. Prodotto di uno scalare per un vettore. Somma e differenza di vettori. Componenti cartesiane dei vettori. Versori. Prodotto scalare. Prodotto vettoriale. Derivata di un vettore e di un versore. Derivata intrinseca di un vettore.
Cinematica del punto materiale
Sistemi di riferimento. Posizione, spostamento, velocità media e istantanea, accelerazione media e istantanea. Moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto di caduta libera. Moto armonico semplice. Moto nel piano. Componenti polari della velocità. Accelerazione nel moto piano. Moto circolare uniforme e uniformemente accelerato. Velocità angolare e accelerazione angolare. Accelerazione centripeta e tangenziale. Notazione vettoriale nel moto circolare. Moto parabolico. Cinematica dei moti relativi.
Dinamica del punto materiale
Principi di Newton. Forza peso. Reazione normale. Forza elastica. Forze d'attrito statico e dinamico. Forza centripeta. Lavoro. Potenza. Energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Teorema dell'energia cinetica. Conservazione dell'energia meccanica. Dinamica delle rotazioni: momento di una forza ; Momento angolare. Dinamica dei moti relativi
Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali. Moto di trascinamento traslatorio rettilineo. Moto di trascinamento rotatorio uniforme.
Lavoro ed energia
Lavoro di una forza. Potenza. Energia cinetica. Teorema del lavoro e dell’energia cinetica. Forze conservative. Energia potenziale. Lavoro ed energia potenziale della forza peso. Lavoro ed energia potenziale di una forza elastica. Energia meccanica e sua conservazione. Attrito dinamico. Lavoro delle forze non conservative. Conservazione dell’energia.
Gravitazione
Forze centrali. Velocità areale. Leggi di Keplero. Legge di gravitazione universale. Campo gravitazionale.
Dinamica dei sistemi di punti materiali
Sistemi di punti materiali. Forze in un sistema di punti materiali. Centro di massa: posizione, velocità, accelerazione e seconda legge di Newton. Conservazione della quantità di moto. Teorema del momento angolare per i sistemi di punti materiali. Conservazione del momento angolare. Sistema di riferimento del centro di massa. Momenti nel sistema del centro di massa. Teorema di König per il momento angolare. Teorema di König per l'energia cinetica. Energia e lavoro per un sistema di punti materiali.
Urti. Classificazione degli urti. Urto elastico, urto anelastico, urto completamente anelastico.
Dinamica dei corpi rigidi
Definizione di corpo rigido. Centro di massa di un corpo rigido. Moti di un corpo rigido. Moto traslatorio di un corpo rigido. Moto rotatorio di un corpo rigido intorno a un asse fisso. Momento angolare di un corpo rigido. Seconda legge di Newton in forma angolare. Energia cinetica nel moto rotatorio. Assi d'inerzia. Momento d'inerzia. Teorema di Huygens‐Steiner. Pendolo composto. Cenni sul moto di puro rotolamento. Leggi di conservazione per i corpi rigidi. Conservazione del momento angolare. Statica dei corpi rigidi. Equilibrio dei corpi. Urti tra un punto materiale e un corpo rigido. Urti tra corpi rigidi.
Fluidi
Statica dei fluidi. Legge di Stevino e sue conseguenze. Principio di Pascal. Principio di Archimede. Fluidodinamica. Principio di continuità. Teorema di Bernoulli. Tensione superficiale. Fenomeni di capillarità. Fluidi reali: legge di Hagen-Poiseuille. Viscosità. Legge di Stokes.
Proprietà elastiche dei solidi.
Deformazioni elastiche. Trazione e compressione. Carico specifico e allungamento lineare. Modulo di Young. Legge di Poisson. Deformazioni plastiche. Carico di rottura. Caratteristiche dei materiali: tenacità, fragilità, duttilità, durezza. Isteresi elastica. Deformazione di taglio. Modulo di rigidità. Compressione uniforme. Torsione. Pendolo di torsione.
Moti oscillatori
Moto armonico semplice; oscillatore armonico; pendolo semplice e pendolo composto. Sovrapposizione di moti armonici semplici. Moto oscillatorio smorzato. Moto oscillatorio forzato. Risonanza d'ampiezza e risonanza d'energia. Trasferimento di potenza. Moti periodici non armonici.
Generalità sulla propagazione per onde.
Onde meccaniche. Classificazione delle onde. Equazione di d’Alembert e sue soluzioni. Onde armoniche. Onde in una corda tesa. Onde in una sbarra solida. Principio di sovrapposizione. Onde sonore. Effetto Doppler. Battimenti. Onde stazionarie.

La verifica dell’apprendimento prevede una prova scritta, che concorre per il 30% alla valutazione finale, e una prova orale, che concorre per il restante 70%.
La prova scritta può essere sostituita da tre prove parziali (esoneri), riservate agli studenti frequentanti e svolte in aula durante il semestre al termine dei principali blocchi di argomenti. Tali prove sono finalizzate anche alla valutazione in itinere dell’apprendimento. Per accedere alla prova orale mediante gli esoneri è necessario averne superati almeno due su tre; l’eventuale parte non superata dovrà essere recuperata prima della prova orale. In alternativa, l’accesso alla prova orale è consentito previo superamento della prova scritta.
La prova scritta superata resta valida per tutti gli appelli dell’anno accademico di riferimento.La prova scritta superata resta valida per tutti gli appelli dell’anno accademico di riferimento. In caso di mancato superamento della prova orale, il docente valuterà l’eventuale mantenimento della validità della prova scritta sulla base dell’esito conseguito. Qualora la valutazione dello scritto sia appena sufficiente, potrà essere richiesto allo studente di sostenerlo nuovamente prima di accedere a una successiva prova orale.

P. Mazzoldi - N. Nigro - C.Voci - Fisica. Meccanica, termodinamica (Vol. 1)

Acquisire le nozioni base del calcolo: i numeri reali, il concetto di limite, le successioni e le funzioni reali, concetto di derivata, gli integrali di una variabile e le serie numeriche.

• saper seguire una lezione di matematica;
• saper prendere appunti;
• saper consultare e comprendere testi universitari di Calcolo;
• saper comprendere la risoluzione di esercizi esposta dal docente o da testi di esercizi.
• revisione delle conoscenze di base;
• confronto degli argomenti del corso con gli altri insegnamenti del primo anno.

Autonomia di giudizio:

• al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di confrontare le varie dimostrazioni esposte durante il corso;
• eseguire una analisi critica dei risultati dei problemi numerici.
  Abilità comunicative:
• al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di saper definire, enunciare e dimostrare;
• saper spiegare ad altri la propria risoluzione di un esercizio;
• mettere in relazione teoremi con definizioni, esempi e controesempi.
  Capacità di apprendere in modo autonomo:
• al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di acquisire un metodo di studio che consenta di consultare testi di matematica;
• saper scegliere esercizi dai testi;
• saper applicare i risultati teorici alla risoluzione di esercizi.

Insiemi numerici:
Cenni di logica proposizionale, teoria elementare degli insiemi, relazioni d’equivalenza e relazioni d’ordine. Numeri naturali, numeri interi, numeri razionali e loro strutture. Nessun numero razionale ha quadrato 2. Insiemi finiti, infiniti e numerabili. Principio di induzione. Disuguaglianza di Bernoulli. Definizione assiomatica di R, retta reale. Intervalli reali. Massimo e minimo, maggioranti e minoranti, estremo superiore e inferiore per sottoinsiemi di R. Proprietà caratterizzanti di sup e inf. Densità di Q in R. Proprietà archimedea di R. Nozioni elementari di topologia in R ampliato. Unità immaginaria e numeri complessi: somma, prodotto, divisione, coniugio, modulo. Radici quadrate complesse di numeri reali negativi.
Funzioni elementari:
Definizione di funzione. Funzioni ingettive, surgettive, bigettive. Funzioni composte, funzioni invertibili e loro inverse. Restrizione e prolungamento di una funzione. Immagine e preimmagine. Grafico di una funzione. Funzioni reali: funzioni limitate, monotonia, simmetrie, periodicità. La stretta monotonia implica l’ingettività. Funzioni elementari: valore assoluto, potenza, radice n-esima, esponenziali, logaritmiche, seno, coseno, tangente, arcoseno, arcocoseno, arcotangente. Proprietà potenze, proprietà logaritmi, proprietà del valore assoluto, distanza tra numeri reali, formule goniometriche. Equazione e disequazioni razionali, irrazionali, con valore assoluto, trascendenti.
Successioni numeriche:
Definizione di successione reale. Proprietà definitive. Successioni convergenti, divergenti positivamente/negativamente. Definizione topologica di limite. Unicità del limite. Successioni infinite e infinitesime. Teorema permanenza delle disuguaglianze, teorema prolungamento disuguaglianze, convergenza implica limitatezza, teorema della convergenza obbligata, teorema del confronto per successioni. Algebra dei limiti, forme indeterminate, limiti per eccesso e per difetto. Teorema di regolarità delle successioni monotone. Definizione del numero di Nepero. Gerarchia degli infiniti. Successioni estratte. Teorema di Bolzano-Weierstrass.
Limiti di funzione:
Punti di accumulazione. Proprietà locali. Definizione topologica di limite. Teorema ponte. Limiti per eccesso e per difetto, limite sinistro e limite destro. Asintoti: verticali, orizzontali, obliqui. Continuità, caratterizzazione sequenziale della continuità. Discontinuità con salto. Teoremi analoghi a quelli visti per le successioni. Limiti funzioni polinomiali, limiti funzioni razionali, cambio di variabile nel limite, limiti notevoli, teorema sul limite delle funzioni monotone, continuità delle funzioni elementari.
Funzioni continue:
Teorema di Weierstrass, teorema degli zeri, teorema dei valori intermedi, teorema dei valori intermedi (II formulazione), teorema di continuità delle funzioni inverse. Uniforme continuità e teorema di Cantor.
Calcolo differenziale:
Definizione di derivata, continuità implica derivabilità, regole di derivazione (somma, prodotto, quoziente, composizione). Derivata della funzione inversa. Derivate delle funzioni elementari. Punti di non derivabilità (a tangente verticale, angolosi, cuspidali). Derivate di ordine superiore. Punti di massimo e minimo assoluti e relativi. Punti stazionari. Teorema di Fermat, Teorema di Rolle, Teorema di Lagrange. Funzioni con derivata nulla su intervalli. Criterio di monotonia, criterio di monotonia stretta. Condizioni sufficienti del I e del II ordine per punti di estremo relativo. Funzioni convesse e concave. Criterio di convessità/concavità. Punti di flesso. Condizioni necessarie e condizioni sufficienti per i punti di flesso. Studio qualitativo del grafico di una funzione reale.
Formula di Taylor:
Teoremi di de L’Hopital. Simbolo di Landau (o-piccolo) e regole di calcolo. Polinomio di Taylor. Formula di Taylor con resto secondo Peano. Formula di Taylor con resto secondo Lagrange. Sviluppi di Taylor-Maclaurin delle funzioni exp, sin, cos, ln(1+x), (1+x)^a, arctan.
Serie numeriche:
Somme parziali associate a una successione reale, definizione di serie e del suo carattere. Condizione necessaria per la convergenza, serie geometria, serie di Mengoli. Serie a termini non negativi. Regolarità delle serie a termini non negativi. Criterio del confronto. Divergenza della serie armonica. Criteri della radice e del rapporto. Criterio di Raabe. Carattere della serie armonica generalizzata. Criterio del confronto asintotico. Criterio degli infinitesimi. Convergenza assoluta. Serie a segno alterno. Criterio di Lebniz.
Calcolo integrale:
Partizioni di un intervallo. Somme integrali inferiori e superiori. Integrale definito secondo Riemann. Additività dell’integrale definito. Linearità dell’integrale definito. Monotonia dell’integrale definito e disuguaglianza triangolare. Integrabilità delle funzioni continue. Integrabilità delle funzioni monotone. Teorema della media integrale. Primitive e integrale indefinito. Teorema fondamentale del calcolo integrale. Teorema di struttura dell’integrale indefinito su un intervallo. Teorema di Torricelli. Integrali indefiniti elementari. Metodi di integrazione indefinita per funzioni razionali, integrazione per parti, integrazione per sostituzione.

Una prova scritta, seguita (in caso di valutazione almeno sufficiente dello scritto) da una prova orale nello stesso appello.

Libri di riferimento per la parte teorica:
1) Analisi matematica 1, Bramati , Pagani , Salsa , Zanichelli ed. (2008)
2) Analisi Matematica 1, Marcellini, Sbordone, Liguori ed. (1998)
Libri di riferimento per gli esercizi:
3) Esercitazioni di Matematica, 1 volume parte prima, Marcellini, Sbordone, Liguori ed. (2013)
4) Esercitazioni di Matematica, 1 volume parte seconda, Marcellini, Sbordone, Liguori ed. (2014)

Acquisire conoscenze, capacità di comprensione applicata e teorica relativamente a algebra lineare, equazioni differenziali ordinarie, successioni e serie di funzioni; calcolo differenziale per funzioni in più variabili; curve e forme differenziali; integrazione multipla;

Conoscenza e capacità di comprensione
o Conoscenza delle equazioni differenziali
o Conoscenza delle serie di funzioni
o Comprensione del passaggio da una a più variabili nel calcolo differenziale ed integrale

Conoscenza e capacità di comprensione applicate
o Capacità di manipolare una matrice e di risolvere sistemi lineari
o Capacità di svolgere esercizi sulle equazioni differenziali
o Capacità di svolgere esercizi sull’integrazione in vari contesti
o Capacità di svolgere esercizi di ottimizzazione
Competenze trasversali

• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di
  o Confrontarsi costruttivamente con i colleghi
  o Comprendere il livello di un testo di Analisi Matematica
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di
  o Capacità di comunicare in forma scritta la risoluzione degli esercizi
  o Saper definire, enunciare;
  o Saper spiegare ad altri la propria risoluzione di un esercizio;
  o Mettere in relazione teoremi con definizioni, esempi e controesempi;
• Capacità di apprendere in modo autonomo
  o Saper consultare testi di matematica;
  o Saper scegliere esercizi dai testi;
  o Saper applicare i risultati teorici alla risoluzione di esercizi.
  o Capire come si trasforma un problema reale in un modello matematico

Competenze trasversali

• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di
  o Confrontarsi costruttivamente con i colleghi
  o Comprendere il livello di un testo di Analisi Matematica
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di
  o Capacità di comunicare in forma scritta la risoluzione degli esercizi
  o Saper definire, enunciare;
  o Saper spiegare ad altri la propria risoluzione di un esercizio;
  o Mettere in relazione teoremi con definizioni, esempi e controesempi;
• Capacità di apprendere in modo autonomo
  o Saper consultare testi di matematica;
  o Saper scegliere esercizi dai testi;
  o Saper applicare i risultati teorici alla risoluzione di esercizi.
  o Capire come si trasforma un problema reale in un modello matematico

1) ALGEBRA LINEARE
Matrici rettangolari. Matrici quadrate. Ordine di una matrice. Somma tra matrici e prodotto esterno matrice per uno scalare. Matrice trasposta. Matrice diagonale. Matrice quadrata simmetrica. Matrice identica. Prodotto tra matrici. Proprietà del prodotto tra matrici. Matrice invertibile. Matrice inversa. Minore algebrico. Complemento algebrico. Regola di Sarrus. Definizione induttiva di determinante di una matrice quadrata. Teorema di Laplace. Proprietà del determinante. Teorema di Binet. Matrici singolari. Matrici non singolari. Teorema sulla matrice inversa. Operazioni ammissibili. Metodo di Gauss per il calcolo dell'inversa. Spazi vettoriali. Sottospazi vettoriali. Esempi. Vettoriali linearmente indipendenti. Vettori linearmente dipendenti. Sistema di generatori. Spazio generato. Base di uno spazio vettoriale. Dimensione di uno spazio vettoriale. Lo spazio vettoriale R^n e la sua base canonica. Lo spazio vettoriale delle matrici rettangolari. La dimensione dello spazio vettoriale delle matrici rettangolari. Costruzione di una base. Definizione di minore. Rango di una matrice. Teorema degli orlati. Pivot di una matrice. Calcolo del rango con metodo di Gauss. Sistema di m equazioni in n incognite in forma matriciale. Sistemi omogenei. Teorema di Cramer. Risoluzione di sistema con matrice quadrata con metodo di Gauss e con metodo di Cramer.
2) EQUAZIONI DIFFERENZIALI
Equazioni e sistemi di equazioni differenziali del primo ordine in forma normale. Problema di Cauchy. Teoremi di esistenza e unicità locale e globale. Equazioni differenziali a variabili separabili del primo ordine. Equazioni differenziali lineari del primo ordine omogenee e non omogenee. Equazioni di Bernoulli. Equazioni differenziali lineari del secondo ordine omogenee. Wronskiano. Teorema di struttura. Metodo di somiglianza per equazioni del secondo ordine non omogenee. Cenno al Metodo di variazione delle costanti arbitrarie. Cenno alle equazioni lineari di ordine superiore.
3) SUCCESSIONI E SERIE DI FUNZIONI
Convergenza puntuale e uniforme di una successione di funzioni. Convergenza puntuale, uniforme, assoluta e totale di una serie di funzioni. Teorema di integrazione per serie. Teorema di derivazione per serie. Serie di potenze. Insieme di convergenza. Raggio di convergenza e sue proprietà. Criteri del rapporto e di Cauchy-Hadamard per il calcolo del raggio di convergenza. Teorema di Abel. Proprietà della somma di una serie di potenze. Sviluppabilità in serie di Taylor. Funzioni analitiche. Principali sviluppi. Serie di Fourier. Convergenza puntuale di una serie di Fourier. Spazio delle funzioni a quadrato sommabile. Teorema sulla convergenza quadratica delle serie di Fourier. Uguaglianza di Parseval.
4) CALCOLO DIFFERENZIALE PER FUNZIONI DI PIU’ VARIABILI
Rn e relative proprietà. Norma euclidea, prodotto scalare e prodotto vettoriale su Rn Elementi di topologia su Rn. Insiemi limitati e compatti. Punti di accumulazione. Limiti e continuità e relativi teoremi. Calcolo dei limiti. Derivate parziali e derivate direzionali. Funzioni differenziabili e loro proprietà. Teorema del gradiente. Teorema del differenziale totale. Piano tangente. Derivazione della funzione composta. Teorema di Lagrange. Teorema sulle funzioni a gradiente nullo. Derivate di ordine superiore. Teorema di Schwartz. Matrice hessiana. Formula di Taylor per funzioni di più variabili. Punti di massimo e minimo relativo. Punti critici e punti di sella. Ricerca dei punti di massimo e minimo relativo: condizioni necessarie e condizioni sufficienti. Massimi e minimi vincolati. Teorema dei Moltiplicatori di Lagrange. Massimo e minimo assoluto. Funzioni a valori vettoriali e relative proprietà. Campi vettoriali. Differenziabilità. Matrice jacobiana. Differenziabilità della funzione composta. Divergenza, rotore e laplaciano.
5) CURVE E FORME DIFFERENZIALI
Curve. Curve semplici, regolari e regolari a tratti. Cambiamento di parametro e curve equivalenti. Curve rettificabili. Lunghezza di una curva regolare e relative proprietà. Integrali curvilinei di prima specie e relative proprietà. Integrale curvilineo di un campo vettoriale. Forme differenziali. Integrale curvilineo di una forma differenziale e relative proprietà. Forme differenziali chiuse, forme differenziali esatte e relative proprietà. Potenziali. Calcolo dell’integrale curvilineo di una forma differenziale esatta. Caratterizzazione delle forme differenziali esatte. Legame tra forme differenziali chiuse ed esatte. Campi vettoriali conservativi e irrotazionali. Applicazioni.
6) INTEGRALI MULTIPLI E DI SUPERFICIE
Integrali doppi e relative proprietà. Integrabilità delle funzioni continue. Significato geometrico dell'integrale doppio. Domini semplici e formule di riduzione. Cambiamento di variabili. Coordinate polari. Domini regolari. Formule di Gauss-Green nel piano. Area di domini regolari. Integrali tripli. Formule di riduzione. Volume di un solido di rotazione. Cambiamento di variabili. Coordinate cilindriche e sferiche. Superfici parametriche nello spazio. Superfici regolari. Piano tangente. Area di una superficie regolare. Integrale di superficie di una funzione. Superfici orientate. Flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie. Teorema della divergenza. Teorema di Stokes.

L’esame è solo scritto e comprende esercizi e domande teoriche risposta a multipla. Ad ognuno dei sei argomenti del programma è dedicato una parte del compito. Viene verificato che lo studente abbia conoscenza in tutte le parti del programma. Vengono tenute prove di esonero durante il corso. Gli scritti parziali superati (su ciascuna delle sei parti di programma) vengono conservati per l’intera sessione estiva e per quella invernale successiva al corso. In caso di scritto complessivo il compito non può essere spezzettato in più parti.

1) Analisi matematica 2, Bramati , Pagani, Salsa, Zanichelli ed. (2009)
2) Esercizi di Matematica, Tomo 3, Tomo 4 Marcellini, 1bordone, Liguori ed. 2009
Solo alcuni capitoli e/o sezioni dei testi indicati.

Il corso intende fornire la conoscenza sia teorica che pratica di tecniche numeriche necessarie al trattamento dei dati e in generale alla risoluzione di problemi e modelli la cui soluzione analitica non è nota.

• Conoscenza di tecniche numeriche per il trattamento dei dati e per la simulazione di modelli di equazioni differenziali.
• Comprensione del concetto di problema ben condizionato e di algoritmo stabile, senza dei quali le simulazioni numeriche non possono essere affidabili.
• Conoscenza di elementi di programmazione.
• Capacità di simulare soluzioni di modelli riconoscendo il metodo numerico più adatto alla simulazione.
• Capacità di accertarsi che la soluzione numerica ottenuta sia coerente con il comportamento atteso dal modello reale di partenza.
• Capacità di riconoscere problemi ben condizionati, cioè problemi per i quali una soluzione approssimata resti comunque vicina alla soluzione teorica.
• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:
  1) Riconoscere problemi che si possono risolvere numericamente in maniera
  stabile. (Esperienze al calcolatore)
  2) Verificare che la simulazione numerica ottenuta sia coerente con il modello di partenza e possa quindi essere accettata come approssimazione del modello reale di partenza. (Esperienze al calcolatore).
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
  1) Presentare un problema reale e nel saper giustificare il modello scelto nel rappresentarlo;
  2) Descrivere le tecniche numeriche necessarie per la risoluzione di un modello;
  3) Descrivere la simulazione ottenuta e giustificarne la coerenza.
• Capacità di apprendere in modo autonomo
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
  1) Simulare modelli nuovi, non affrontati durante il corso;
  2) Studiare e comprendere tecniche numeriche ad hoc per la risoluzione di un problema specifico;
  3) Verificare che la simulazione numerica ottenuta sia coerente con il modello di partenza e possa quindi essere accettata come approssimazione del modello reale di partenza. (Esperienze al calcolatore).

Teoria
Algebra lineare e sistemi lineari:
Concetti di base di algebra lineare: matrici, vettori, spazi vettoriali, sottospazi, vettori linearmente indipendenti, base di uno spazio vettoriale, determinante di una matrice quadrata. Prodotto matrice vettore come combinazione lineare delle colonne di A. Prodotto vettore matrice come combinazione lineare delle righe di A.
Aspetti numerici: Matrici bene e mal condizionate. Risoluzione numerica di sistemi lineari: Costo computazionale della regola di Cramer e necessità di algoritmi meno costosi per il calcolo numerico delle soluzioni dei sistemi lineari. Richiami su eliminazione di Gauss e fattorizzazione LU. Instabilità numerica dell’algoritmo LU e algoritmo LU con pivot.
Trattamento dei dati:
Retta di regressione lineare. Retta di regressione lineare per modelli di tipo esponenziale. Regressione multilineare. Minimi quadrati polinomiali. Insieme di addestramento e insieme test. K-fold per scegliere il grado del polinomio di regressione.
Applicazioni: Calcolo dei coefficienti delle reazioni chimiche attraverso relazioni lineari, esponenziali e mutlilineari (acetilene, cloro dissolto in acqua). Calcolo dei coefficienti per il moto di una palla di baseball a partire da dati sperimentali.
Zeri di funzione:
Metodo delle bisezioni. Descrizione e teorema di convergenza con dimostrazione. Metodo di Newton. Descrizione e interpretazione geometrica e analitica. Concetto fondamentale della velocità di convergenza del metodo. Iterazioni di punto fisso. Definizione delle iterazioni, interpretazione geometrica. Teorema sulla esistenza e unicità del punto fisso con dimostrazione. Metodo delle secanti.
Applicazioni: Concentrazione di una sostanza con decadimento esponenziale e equazione di Van Der Waals di stato di un gas. Ricerca di punti di intersezione tra due funzioni. Ricerca dei punti di equilibrio in reazioni chimiche.
Risoluzione di ODEs
Metodo di Eulero Esplicito. Errore locale ed errore globale. Convergenza della soluzione numerica a quella teorica. Comportamento qualitativo: stabilità lineare del metodo; problema test. Oscillatore armonico. Comportamento qualitativo del metodo di Eulero esplicito. Uso della function predefinita del Matlab ode45.
Applicazioni: oscillatori lineari e non provenienti da sistemi meccanici, circuiti elettrici e oscillatori chimici: 1) oscillatore armonico con diverse frequenze naturali; 2) oscillatore armonico con attrito; 3) oscillatore armonico con forzante esterno periodica in risonanza e non; 4) oscillatore armonico con attrito e forzante esterno periodico; 5) oscillatore non lineare di Duffing; 6) Brusselator come modello di reazione chimica autocatalitica; 7) oscillatore non lineare di Van Der Pol.
Matlab
Istruzioni di base e richiami.
Uso di variabili. Funzioni predefinite del Matlab. Grafico di funzioni in una e due variabili. Rappresentazione di superfici. Rappresentazione di curve nel piano attraverso le equazioni parametriche.
Algebra lineare e sistemi lineari. Algoritmo di sostituzione in avanti. Algoritmo di sostituzione all'indietro. Uso della function predefinita del Matlab lu insieme a sostituzione in avanti e all'indietro per la risoluzione di un sistema lineare. Matrici malcondizionate. Esempi teorici e numerici. Test di malcondizionamento tramite risoluzione di sistemi lineari con vettore dei termini noti perturbato.
Statistica. Esperimenti numerici per i seguenti argomenti:
Retta di regressione lineare. Regressione lineare per modelli di tipo esponenziale.
Risoluzione delle equazioni normali. Regressione multilineare.
Minimi quadrati polinomiali. Training test e test set. K-fold.
Applicazioni: reazioni chimiche (acetylene, chlorine), equazioni di Hall-Petch,
moto di una palla.
Zeri di funzione. Function bisezioni, Newton. Ricerca dell’intervallo del metodo delle bisezioni e del punto di partenza della successione di Newton a partire dal grafico della funzione. Condizionamento del problema. Confronti tra le velocità di convergenza dei due metodi. Simulazioni numeriche per tutti i problemi applicativi elencati nella sezione di Teoria.
Metodi numerici per la risoluzione di ODEs. Function metodo Eulero Esplicito. Verifica dell’ordine di convergenza di Eulero Esplicito. Esperimenti sulla stabilità lineare del metodo. Comportamento qualitativo delle soluzioni numeriche per l’oscillatore armonico con e senza attrito e forzante. Function predefinita del Matlab ODE45. Simulazioni di tutte le applicazioni indicate nella parte teorica.

MODALITA' DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO
Parte pratica al computer per l’esecuzione di un programma Matlab.
Solo al superamento della parte pratica ci sarà una prova orale per la verifica delle conoscenze apprese durante il corso.
CRITERI DI VALUTAZIONE

• Conoscenza e capacità di comprensione:
  1) Livello minimo: riconoscere la procedura idonea allo studio e alla risoluzione di un problema (es.: regressione e che tipo di regressione, risoluzione di un’equazione differenziale, ricerca dei punti di equilibrio di un sistema, dei punti di minimo di una funzione, ecc.);
  2) Livello intermedio: descrivere la simulazione ottenuta nell’ambito del problema di partenza;
  3) Livello superiore: fornire giustificazione teorica delle scelte fatte.
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
  1)Livello minimo per il superamento dell’esame: riconoscere la tecnica numerica adatta alla risoluzione di un dato problema.
  2) Livello intermedio: risolvere in maniera stabile e coerente il problema di partenza;
  3) Livello superiore: sviluppare in maniera autonoma un programma per la soluzione del problema.
• Autonomia di giudizio:
  Capacità di affrontare e risolvere problemi simili a quelli studiati per il corso ma che richiedono di adeguare le procedure di risoluzione studiate;
• Abilità comunicative:
  Per tutti i livelli: capacità di esporre in maniera chiara il problema di partenza, la tecnica scelta per risolverlo, la simulazione ottenuta.
• Capacità di apprendere:
  1) Capacità di estendere le tecniche studiate alla risoluzione di problemi non affrontati a lezione;
  2) Capacità di comprendere ed eseguire tecniche numeriche nuove anche tramite l’uso di function predefinite del Matlab.
  CRITERI DI MISURAZIONE DELL’APPRENDIMENTO E
  DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
  Da 18 a 26: Occorre superare la parte pratica al calcolatore così come indicato nei criteri di valutazione. E’ necessario comprendere i passaggi necessari per la risoluzione di un dato problema, la semplice ripetizione di istruzioni, se non accompagnata dalla consapevolezza dei processi alla base delle stesse, non è sufficiente al superamento dell’esame.
  Da 27 a 30: E’ necessario fornire giustificazione teorica del lavoro svolto.

• Introduzione al Calcolo Scientifico-Metodi e Applicazioni con Matlab, Giovanni Naldi, Lorenzo Pareschi e Giovanni Russo, Mcgraw-Hill.
• Introduzione al Calcolo Scientifico, Quarteroni e Saleri, Springer.
  -Appunti e file Matlab forniti dalla docente disponibili sulla classe Teams di Calcolo Numerico, codice: djbp7uz.

Si mira a fornire allo studente le nozioni di base della Chimica Analitica ed introdurre una prima classe di metodi analitici strumentali, ovvero le tecniche elettro-analitiche
Lo Studente deve maturare competenze sia sui principi fondamentali della chimica analitica che della gestione del dato analitico, oltre che competenze sugli aspetti strumentali della chimica elettro-analitica e le sue applicazioni

Conoscenza e capacità di comprensione (che cosa lo/la studente/studentessa conosce al termine dell’insegnamento).

• Nozioni fondamentali di chimica analitica, trattamento del dato.
• Capacità di costruzione ed impiego di curve di calibrazione.
• Capacità di gestione di equilibri ionici e delle principali tecniche elettro-analitiche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (che cosa lo/la studente/studentessa sa fare al completamento dell’insegnamento ovvero quali sono le competenze che ha acquisito).

• Capacità di progettare capacità di progettare un’analisi chimica quantitativa.
• Capacità di effettuare autonomamente semplici esperimenti di analisi quantitativa e di elettro-analitica.
• Capacità di elaborandone autonomamente i dati sperimentali.

Descrittore di Dublino 3: Autonomia di giudizio.
Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:

• Saper definire il “problema analitico”
• Saper gestire la misura con rigore metodologico ed impiegarla –su base statistica- per effettuare stime o predizioni.
• Saper scegliere fra diverse tecniche strumentali di analisi elettrochimica la/le più adatta/e al problema analitico da risolvere.
  Descrittore di Dublino 4: Abilità comunicative.
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:
  o Abilità nella elaborazione e presentazione di set di dati, anche complessi, ivi inclusi quelli derivanti dai principali metodi di calibrazione in Chimica Analitica, con corretta gestione e presentazione di errori (di misura, di estrapolazione, ecc.) e confronto statistico di dati (test d’ipotesi e validazione);
  o Acquisizione ed impiego di terminologia tecnica nel campo della Chimica Analitica Strumentale
  Descrittore di Dublino 5: Capacità di apprendere in modo autonomo.
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:
  o Saper gestire e paragonare i risultati anche di complessi approcci analitici/strumentali.

1. CHIMICA ANALITICA DI BASE ED ESERCITAZIONI NUMERICHE
•INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ANALITICA

• Terminologia e definizioni importanti, classificazione dei metodi di analisi chimica; fasi di una tipica analisi quantitativa, metodi di campionamento.
  •METODI DI ANALISI BASATI SULLA TITOLAZIONE
• Aspetti generali della titolazione volumetrica; soluzioni standard; calcoli volumetrici; curve di titolazione nei metodi basati su titolazioni
  •TEORIA DELLE TITOLAZIONI ACIDO-BASE
• Soluzioni e indicatori per titolazioni acido/base; curve di titolazione per acidi forti e basi forti; soluzioni tampone; curve di titolazione per acidi deboli; curve di titolazione per basi deboli; la composizione delle soluzioni tampone in funzione del pH; acidi e basi polifunzionali; calcolo del pH di soluzioni di anfoteri; curve di titolazione per acidi deboli; curve di titolazione per basi deboli; la composizione di soluzioni di un acido poliprotico in funzione del pH; reagenti per le reazioni di neutralizzazione; applicazioni tipiche delle titolazioni di neutralizzazione
  •ALTRI METODI TITRIMETRICI:
• Titolazioni di precipitazione e complessometriche.
  •TRATTAMENTO DEGLI ERRORI
• Richiami su le varie tipologie di errore, rigetto di dati sospetti (Q-test), t di Student ed intervallo di confidenza, test di ipotesi (confronto fra media e valore vero, confronto fra medie, F test), incertezza di misura e gestione dell’arrotondamento; errore connesso all’estrapolazione di dati da una retta di interpolazione
  •METODI DI CALIBRAZIONE
• Classificazione dei metodi quantitativi di analisi e principali metodi di calibrazione in Chimica Analitica
  2. CHIMICA ELETTROANALITICA
  •INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ELETTROANALITICA
• Richiami di Elettrochimica di base: Celle, Potenziali elettrodici ed Equazione di Nerst. Elettrodo standard ad idrogeno. Potenziale di giunzione liquida. Celle elettrolitiche. Polarizzazione. Caduta ohmica. Doppio strato elettrico. Classificazione generale dei metodi elettroanalitici.
  •POTENZIOMETRIA
• Principi generali. Elettrodi di riferimento a calomelano e ad argento-cloruro di argento. Elettrodi indicatori metallici di prima, seconda, terza specie, redox inerti. Elettrodi indicatori a membrana. Elettrodi a vetro sensibili al pH. Errori alcalino e acido. Calibrazione di un pH-metro. Elettrodi iono-selettivi
  •COULOMBOMETRIA ED ELETTROGRAVIMETRIA
• Principi generali in Coulombometria ed Elettrogravimetria. Modalità operative di un’elettrolisi analitica. Effetti della polarizzazione. Elettrolisi a corrente costante, a differenza di potenziale costante, a potenziale dell’elettrodo di lavoro controllato. Selettività di un’elettrolisi.
  •VOLTAMMETRIA
• Principi generali. Polarizzazione di concentrazione. Voltammetria su elettrodo stazionario piano: Equazione di Cottrell. Cenni di Polarografia classica ed Equazione di Ilkovic. Equazione dell’onda polarografica. Corrente capacitiva e limiti di rivelabilità in polarografia classica. Polarografia a campionamento di corrente, pulsate normale (NPP) e differenziale (DPP). Applicazioni della DPP. Voltammetria su elettrodi a stato solido. Voltammetria idrodinamica. Elettrodo a disco rotante ed elettrodo a disco-anello rotante. Voltammetria a scansione lineare (LSV). Voltammetria ciclica (CV). Equazione di Randles-Sevcik. Voltammetrie di stripping Voltammetria ciclica su sistemi non polarograficamente reversibili. Correnti capacitive nelle voltammetrie con elettrodi a stato solido. Cenni di cinetica delle reazioni elettrodiche. Voltammetria ciclica in presenza di reazioni chimiche. Voltammetria di stripping.
  3. LABORATORIO
• Familiarizzazione con materiale da laboratorio per volumetria e preparazione di uno standard primario.
• Standardizzazione di soluzioni di acido cloridrico (con indicatore) e titolazione di una soluzione di idrossido di sodio (con indicatore)
• Analisi titrimetrica di soluzioni a concentrazione incognita.
• Titolazione per precipitazione ed analisi argentometrica.
• Voltammetria ciclica ed equazione di Randles-Sevcik.
• Elettrolisi a potenziale controllato dell’elettrodo di lavoro.

Esame orale. Sono previste tre prove in itinere (in forma scritta con quesiti a risposta sia chiusa che aperta) in sostituzione della prova orale, SOLO per chi frequenta regolarmente. Ogni prova in itinere avrà durata di 2 h; sarà composta da 16 domande, a cui verrà attribuito un punteggio di 2 punti ciascuna. La prova sarà superata con una votazione minima di 16/32 punti.
Alle relazioni di laboratorio verrà assegnato un punteggio in 30esimi.
Il voto complessivo sarà costituito dalla media del punteggio conseguito nelle tre prove in itinere, e del voto conseguito per le relazioni di laboratorio.

Chimica Analitica. Una introduzione Skoog, West, Holler – EdiSES
Chimica Analitica. Equilibri ionici e fondamenti di Analisi Chimica Quantitativa Desimoni – CLUEB
Fondamenti di Chimica Analitica D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler– EdiSES.
Electrochemical Methods A.J. Bard, L.R. Faulkner –Wiley

Acquisire conoscenze di base di chimica organica e sui materiali polimerici organici, con particolare riferimento ai processi chimici per il loro ottenimento, le relazioni tra struttura e proprietà chimico-fisiche e meccaniche, e sulle principali applicazioni delle varie classi di materiali polimerici. Conoscenze di base sui materiali polimerici inorganici come geopolimeri e cementi ed acciaio

Richiami di chimica organica
Struttura elettronica degli atomi, legame chimico e geometria molecolare. Ibridazione del carbonio. Principali gruppi funzionali e loro reattività. Reazioni fondamentali della chimica organica di interesse per la sintesi dei materiali polimerici.
Fondamenti di scienza dei polimeri
Definizione e classificazione dei materiali polimerici. Struttura molecolare dei polimeri. Peso molecolare e distribuzione dei pesi molecolari. Configurazione, conformazione, tatticità e cristallinità. Relazioni tra struttura e proprietà.
Sintesi dei materiali polimerici organici
Principali processi di polimerizzazione: polimerizzazione per addizione, policondensazione, polimerizzazione radicalica, ionica e per coordinazione. Controllo della struttura macromolecolare e influenza delle condizioni di sintesi sulle proprietà finali.
Proprietà dei materiali polimerici
Proprietà chimiche, fisiche, termiche, meccaniche e reologiche. Transizione vetrosa e temperatura di fusione. Comportamento viscoelastico. Tecniche di caratterizzazione dei materiali polimerici.
Principali classi di materiali polimerici
Termoplastici, termoindurenti ed elastomeri. Fibre polimeriche. Materiali compositi a matrice polimerica. Biopolimeri e polimeri biodegradabili. Materiali polimerici avanzati e funzionali.
Materiali polimerici inorganici
Principi di chimica dei materiali polimerici inorganici. Geopolimeri: materie prime, processi di sintesi, proprietà e applicazioni. Materiali cementizi: composizione, idratazione, proprietà e durabilità. Acciaio: produzione, microstruttura, proprietà meccaniche, corrosione e strategie di protezione.
Processi industriali e sostenibilità
Tecnologie di produzione e trasformazione dei materiali polimerici. Riciclo meccanico, chimico ed energetico dei polimeri. Economia circolare applicata ai materiali polimerici. Valutazione degli impatti ambientali e criteri di sostenibilità nella progettazione dei materiali.
Applicazioni dei materiali polimerici
Impiego dei materiali polimerici nei settori industriale, civile, ambientale, biomedicale, energetico e dell'imballaggio. Criteri di selezione dei materiali in funzione delle prestazioni richieste e delle condizioni operative.

A. Pegoretti – Scienza e tecnologia dei materiali polimerici integrato con le dispense del corso per cemento e acciaio e per i materiali biobased

Fornire allo studente la conoscenza teorica delle principali tecniche elettrochimiche applicate nelle scienze dei materiali; Acquisire competenze nell' impiego della strumentazione per elettrochimica applicata nelle scienze dei materiali. Tecniche elettrochimiche applicata allo studio di superfici.
Acquisire competenze nella scelta del metodo elettrochimico ottimale per un determinato materiale. Analisi di casi pratici.

Valutazione attraverso l’esame scritto ed orale con domande relative al programma svolto. Terminologia utilizzata per l’esposizione dei concetti teorici. Conoscenza delle equazioni e della loro espressione dimensionale.

Valutazione attraverso l’attività di laboratorio, relazioni di laboratorio ed esame scritto. Conoscenza delle equazioni e loro applicazione a casi pratici.

• Autonomia di giudizio:
  Valutazione del livello di comprensione e quindi autonomia di giudizio attraverso i quiz interattivi a fine lezione. Chiarimenti ad eventuali dubbi saranno forniti durante l’orario di ricevimento.
• Abilità comunicative:
  Capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; capacità di
  ragionamento critico sullo studio realizzato; qualità dell’esposizione, competenza
  nell’impiego del lessico specialistico, efficacia, linearità etc.
• Capacità di apprendere:
  Paragonare i risultati anche di complessi approcci elettrochimici.

Presentazione del Corso: Illustrazione del programma del corso. Materiale didattico, Metodo di valutazione.
Elettrocinetica e Fenomeni Elettroforetici: Elettroforesi e mobilità elettroforetica. Potenziale zeta e Applicazioni del potenziale zeta alla caratterizzazione di superfici.
Elettrochimica Applicata: Teoria e Modelli Cinetici. Elettrochimica avanzata applicata ai materiali per biosensori, energia e studi di corrosione.
Celle elettrochimiche ed Elettrodi: Cenni pratici di elettrochimica. Solventi ed elettroliti di supporto (Conducibilità ionica e Elettroliti esotici). Materiali per elettrodi: Elettrodi di metallo e a base di carbonio. Screen-Printing, Stencil-Printing e Inkjet printing. Esempi di elettrodi per applicazioni pratiche.
Tecniche elettrochimiche per Biosensori e Caratterizzazione Elettrochimica: Square Wave Voltammetry (SWV), Amperometria, Cronoamperometria (CA) applicate a Sensori e Biosensori. Spettroscopia di Impedenza elettrochimica (EIS).
Trasferimento elettronico applicato a sistemi chimici e biologici: Cinetica elettrochimica. Modello di Nicholson-Shain. Modello di Kochi. Modello misto. Teoria di Marcus. Modello di Laviron. Ricopertura superficiale. Analisi dei Material. Trasferimento elettronico in Bioelettrochimica. Biosensori Enzimatici.
Elettrochimica per energia: Batterie e Celle a combustibile/biocombustibile. Gas-Diffusing Electrode. Fondamenti di corrosione, principi di prevenzione alla corrosione dei materiali, corrosione in ambienti comuni. Legge di Faraday.
Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica: Corrente continua e corrente alternata. Principi della Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica (EIS). Elementi circuitali. Rappresentazione grafica dei dati EIS. Circuito equivalente ed errori associati. Applicazione EIS per lo studio di fenomeni di corrosione. Esempi specifici di applicazioni EIS in situ (es. corrosione in manufatti storici, automobili e infrastrutture)
Esperienze di Laboratorio:
1. Costruzione di elettrodi a stampa e caratterizzazione elettrochimica.
2. Costruzione di un Biosensore Amperometrico Enzimatico.
3. Analisi di superficie con la spettroscopia di impedenza elettrochimica.
4. Studio del modello misto di trasferimento elettronico
5. Studio di una cella a biocombustibile enzimatica.
6. Studio del processo di trasferimento elettronico di un enzima.
7. Studio della cinetica di corrosione di un metallo.

2 Esoneri durante il corso: Esonero sugli argomenti affrontati durante il corso con domande a risposta multipla, esercizi numerici e domande risposta aperta. Se la media dei due esoneri è superiore a 18 su 30 si può accedere direttamente all’esame orale. La prova orale è facoltativa se la media aritmetica dei due esoneri risulta pari o superiore a 26 su 30.
Esame Scritto al Termine del Corso (Alternativa/recupero esonero): Esame misto con domande a risposta multipla, domande a risposta aperta e problemi numerici.
Esame Orale al Termine del Corso: Discussione della prova scritta e Domande sul programma. La prova orale è facoltativa se la media aritmetica dei due esoneri risulta pari o superiore a 26 su 30.
Il voto risultante dalle prove scritte e orali eventualmente sostenute costituiscono il 70% della votazione finale.
Attività di Laboratorio e Relazioni di Laboratorio: Il voto risultante dalle attività di laboratorio e relazioni di laboratorio costituiscono il 30% della votazione finale. Le relazioni di laboratorio dovranno essere elaborate dallo studente sulla base dei dati ottenuti.

1) J. Wang, Analytical Electrochemistry, 3rd ed., Wiley-VCH, 2006.
2) A.J. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemical Methods – Fundamentals and Applications, 2nd ed., Wiley, 2001.
3) Zoski, Cynthia G., ed. Handbook of electrochemistry. Elsevier, 2006.

Fornire le conoscenze di base sull’elettromagnetismo classico e l’ottica

Conoscenza degli aspetti di base relativi allo studio
dell’elettromagnetismo, delle onde elettromagnetiche e dell’ottica

capacità di riconoscere autonomamente le caratteristiche
principali di un fenomeno elettromagnetico e descriverlo attraverso relazioni tra
grandezze fisiche.

Capacità di valutare l’appropriatezza concettuale di modelli e relazioni tra
grandezze fisiche.
Competenze nella esposizione in lingua italiana di leggi, modelli e relazioni
tra grandezze e relative dimostrazioni;
Capacità di espressione nella presentazione ed esposizione delle proprie
conoscenze con linguaggio scientifico appropriato.
Capacità di approfondire argomenti specifici di elettromagnetismo ed
ottica in maniera autonoma a partire dalle conoscenze e metodi acquisiti
durante il corso

Generalità sui fenomeni elettrici e magnetici. Carica elettrica. Conduttori e isolanti.
Legge di Coulomb. Distribuzioni di cariche continue. Conservazione della carica.
Definizione di campo elettrico. Campo elettrico generato da cariche puntiformi.
Campo elettrico generato da distribuzioni continue di carica. Linee di forza. Carica
puntiforme in un campo elettrico. Dipolo in un campo elettrico. Flusso del campo
elettrico. Legge di Gauss. Applicazioni della legge di Gauss. I conduttori e la legge di
Gauss. Prove sperimentali delle leggi di Gauss e Coulomb. Energia potenziale
elettrica. Potenziale elettrico. Calcolo del potenziale dato il campo elettrico.
Potenziale dovute a cariche puntiformi. Potenziale elettrico dovuto a distribuzioni
continue di carica. Calcolo del campo dato il potenziale. Superfici equipotenziali.
Potenziale di un conduttore carico. Tipi di sostanze. Proprietà elettriche della
materia. I conduttori nei campi elettrici in condizioni statiche. I conduttori nei campi
elettrici in condizioni dinamiche. Resistori ohmici. Legge di Ohm dal punto di vista
microscopico. Gli isolanti nei campi elettrici. Polarizzazione della materia. Lo
spostamento elettrico. Calcolo della suscettività elettrica. Condensatori e capacità
elettrica. Calcolo della capacità. Condensatori in serie e parallelo. Accumulo di
energia in un campo elettrico. Condensatori con un dielettrico. Corrente elettrica.
Forza elettromotrice. Analisi dei circuiti. Campi elettrici nei circuiti. Resistori in serie
e parallelo. Trasferimenti di energia nei circuiti elettrici. Circuiti RC. Interazioni
magnetiche e poli magnetici. Forza magnetica su una carica in movimento. Cariche in
moto su traiettorie circolari. Effetto Hall. Effetto Hall quantistico. Forza magnetica su
un filo percorso da corrente. Momento torcente su una spira percorsa da corrente.
Campo magnetico generato da una carica in moto. Campo magnetico generato da
correnti. Correnti parallele. Campo magnetico generato da un solenoide. Legge di
Ampere. Dipoli magnetici. Forza agenti sui dipoli in campo non uniforme.
Magnetismo atomico e nucleare. Magnetizzazione e proprietà magnetiche della
materia. Il campo magnetizzante. Calcolo della suscettività magnetica. Materialì
magnetici. Legge di Gauss per il magnetismo. Approfondimento sulle proprietà
elettriche e magnetiche dei materiali: vettori spostamento di Maxwell e vettore
campo magnetizzante. Esperienza di Faraday. Legge di induzione di Faraday. Legge di
Lenz. Forza elettromotrice derivante dal moto. Elettro generatori e motori elettrici.
Campi elettrici indotti. Induttanza. Calcolo dell'induttanza. Circuiti RL. Accumulo di
energia nel campo magnetico. Trattazione qualitativa e quantitativa delle oscillazioni
elettromagnetiche. Oscillazioni smorzate e forzate. Correnti alternate. Circuito RLC a
maglia singola. Potenza nei circuiti a corrente alternata. Equazioni fondamentali
dell'elettromagnetismo. Campi magnetici indotti e correnti di spostamento.
Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale. Generazioni di un'onda
elettromagnetica. Propagazione delle onde ed equazioni di Maxwell. Trasporto di
energia e vettore di Poynting. Pressione di radiazione. Spettro elettromagnetico.
Radiazione visibile. Velocità della luce. Riflessione e rifrazione di onde piane.
Riflessione totale. I coefficienti di Fresnel per la riflessione e la trasmissione. Effetto
Doppler per la luce. Interferenza dovuta a due sorgenti. Interferenza da doppia
fenditura. Coerenza. Intensità nell'interferenza da doppia fenditura. Interferenza da
lamine sottili. Interferometro di Michelson. Diffrazione e natura ondulatoria della
luce. Diffrazione da singola fenditura. Intensità̀̀ nella diffrazione da singola fenditura.
Diffrazione attraverso un foro circolare. Doppia fenditura: combinazione di
interferenza e diffrazione. Fenditure multiple. Reticoli di diffrazione. Dispersione e potere risolutivo. Diffrazione con raggi X. Polarizzazione delle onde
elettromagnetiche. Lamine polarizzanti. Polarizzazione per riflessione. Birifrangenza.
Polarizzazione circolare. Polarizzazione per diffusione. Effetto Pockels ed effetto
Kerr.

Alla fine del corso prova scritta ed orale

R. Resnick, D. Halliday, K.S. Krane “ FISICA 2” quinta edizione (2003) Casa
Editrice Ambrosiana ;
S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, “FISICA GENERALE: onde e ottica”,
seconda edizione, Casa Editrice Ambrosiana;
Alonso, Finn "Elementi di Fisica per l'università", vol. II "Campi ed onde",
seconda edizione, Masson Italia Editore
Feynmann, Leighton, Sands, "La Fisica di Feynmann", Vol. 2, Zanichelli,
2017

L’unità formativa di Fisica Quantistica e Modelli
Computazionali si propone di introdurre lo studente alla
Meccanica Quantistica attraverso lo studio
dell’equazione di Schroedinger in molti suoi aspetti,
sia teorici che computazionali

Lo studente acquisirà conoscenze approfondite riguardanti la Fisica. Comprenderà i principi teorici, i modelli interpretativi e le metodologie di analisi proprie del settore, sviluppando una visione organica e critica dei contenuti trattati.

Lo studente sarà in grado di trasferire le conoscenze acquisite in contesti applicativi, interpretando dati, analizzando casi di studio e formulando soluzioni coerenti con i principi e le metodologie proprie del settore disciplinare.

Lo studente svilupperà autonomia di giudizio nell'analisi delle problematiche disciplinari, capacità di comunicazione efficace dei contenuti e delle soluzioni proposte, nonché competenze di apprendimento autonomo utili per il continuo aggiornamento professionale e scientifico.

Modelli Computazionali
Introduzione ai metodi di diagonalizzazione esatta. Metodi di risoluzione numerica dell'equazione di Schrödinger indipendente dal tempo. Metodi numerici per evoluzione temporale di stati quantistici ed equazione di Schrödinger dipendente dal tempo. Diagonalizzazione esatta di sistemi quantistici a molti corpi (e.g. modello di Ising quantistico). Cenni di metodi approssimati e computazione quantistica.
Fisica Quantistica
Cenni sulla nascista della meccanica quantistica. Deduzione della equazione di Schroedinger ; interpretazione fisica della equazione di Schroedinger ; interpretazione di Born; significato fisico dell funzione d’onda; probabibilita classica e quantistica; significato fisico della equazione di Schroedinger ; normalizzazione della funzione d’onda; equazione di continuita’ e suo significato fisico.
‐ Soluzione per particella libera; relazione di dispersione; equazione di Schroedinger separabile; particella confinata; potenziale a gradino; buca di potenziale rettangolare; barriera di potenziale ed effetto tunnel.
‐ Oscillatore armonico classico e quantistico e sue proprieta’.
‐ Momento angolare e sue proprieta’.
‐ Principio di Pauli; energia di Fermi.
‐ Spin e proprieta connesse.
‐ Momento angolare e regole di commutazione ‐ Atomo di idrogeno.
‐Caratteristiche generali delle soluzioni dell’equazione di Schroedinger nel caso unidimensionale.
Equazione di Schroedinger in campo centrale
‐ Evoluzione temporale dello schema di Schroedinger
‐ Evoluzione temporale nello schema di Hieisenberg

Esame orale.
Analisi e discussione dei fenomeni descritti a lezione ed attraverso la capacità di usare correttamente il linguaggio della meccanica quantistica e descrivere in modo rigoroso i anche in relazione ai metodi computazionali.

Appunti di lezione

Il corso offre agli studenti un supporto mirato al progressivo sviluppo dell’autonomia nella comprensione e nella costruzione di contenuti scientifici in lingua inglese.

Dominare il lessico settoriale in lingua inglese – oltre alle strutture sintattiche e grammaticali – oggetto di approfondimento nel corso del semestre.
Saper approcciare (dal punto di vista sia della comprensione che della produzione di contenuti sintetici) la principale tipologia testuale oggetto di approfondimento: manuale universitario in lingua straniera, afferente ai principali ambiti disciplinari di riferimento del CdL.

Comprendere – anche con l’aiuto degli adeguati strumenti presentati in itinere – contenuti in lingua straniera (di livello B1-B2) e di ambito specialistico.

Autonomia di giudizio: saper riconoscere eventuali ostacoli alla comunicazione in lingua straniera e proporre soluzioni adeguate a garantire l’obiettivo comunicativo.
Abilità comunicative: esprimersi in lingua straniera, dimostrando di padroneggiare lessico e contenuti grammaticali di livello B1-B2, oltre al lessico settoriale pertinente al proprio corso di studio.
Capacità di apprendere: analizzare contenuti linguistici inediti e dominare gli strumenti tecnici necessari a risolvere delle incognite linguistiche (phrase-banks, dizionari).

1) Focus lessicale e grammaticale: esercizi di comprensione scritta e orale – basati su una selezione di testi e materiali audiovisivi di divulgazione scientifica afferenti alle discipline portanti del corso di studio – volti ad approfondire i fondamenti grammaticali e lessicali specifici del lessico accademico e delle principali discipline oggetto di studio.
2) Workshop tematici: esercitazioni guidate di espressione scritta e orale, finalizzate allo sviluppo delle abilità comunicative necessarie nel contesto scientifico di riferimento.
3) Elaborazione di un project work illustrativo delle competenze acquisite.

A conclusione del percorso, gli studenti sostengono una verifica orale, nel corso della quale presentano e commentano (anche sotto lo stimolo di domande puntuali, in particolare attinenti ad aspetti linguistici e grammaticali) il project work prodotto in itinere, al fine di mostrare la maturità delle competenze acquisite.

McCarthy, Michael., OʼDell, Felicity. (2016). Academic Vocabulary in Use: Vocabulary Reference and Practice. Cambridge Cambridge University Press.
Oltre al testo di riferimento principale, il materiale didattico di supporto relativo a ogni lezione reca i riferimenti bibliografici dettagliati delle fonti ulteriori.
Tale materiale – in forma digitale – è prodotto dal docente e messo a disposizione settimanalmente sulla piattaforma Teams.
Si aggiungono a ciò dispense e contenuti audio-video forniti o segnalati dall’insegnante. In particolare, si tratterà di materiale informativo autentico e specialistico, riadattato ai fini dell’apprendimento linguistico.

Lo scopo del corso è di fornire elementi introduttivi e di base sulla simmetria e la struttura dei materiali cristallini, attraverso lezioni teoriche ed attività pratiche in aula e in laboratorio. I contenuti saranno forniti in modo semplice e descrittivo, con l'obiettivo di aprire una finestra esplorativa sulle relazioni esistenti tra simmetria, struttura, proprietà ed applicazioni dei materiali cristallini.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di: i) riconoscere la simmetria cristallografica di gruppo puntuale di un solido cristallino a partire dalla sua forma geometrica esterna; ii) distinguere il comportamento dei materiali cristallini in base alla loro simmetria cristallografica e struttura; iii) conoscere l’impiego di alcune tecniche sperimentali per l’identificazione e la caratterizzazione dei materiali cristallini.

• Conoscenza elementare della simmetria e della struttura dei materiali cristallini;
• Capacità di comprensione delle relazioni intercorrenti tra simmetria, struttura, orientazione cristallografica e proprietà dei materiali cristallini;
• Conoscenza di base di alcune tecniche per la caratterizzazione dei materiali cristallini.
• Capacità di individuare gli elementi di simmetria di un solido cristallino;
• Capacità di riconoscere e comprendere la fingerprint caratteristica di un determinato materiale cristallino a partire da semplici esperienze di laboratorio;
• Capacità di utilizzare un microscopio ottico in luce polarizzata per l’identificazione dei materiali cristallini.

Descrittore di Dublino 3:

• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di:
• analizzare le osservazioni fatte durante le attività pratiche;
• confrontarsi costruttivamente con i colleghi e il docente.
  Descrittore di Dublino 4:
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di:
• comunicare in forma orale gli argomenti affrontati durante il corso;
• comunicare in forma orale il funzionamento e l’impiego della strumentazione utilizzata in laboratorio.
  Descrittore di Dublino 5:
• Capacità di apprendere in modo autonomo:
• capacità di approfondire in modo autonomo le conoscenze acquisite durante le lezioni;
• capacità di creare collegamenti con le conoscenze acquisite in altri corsi.

Introduzione alla struttura dei Materiali Cristallini - Definizione e descrizione delle caratteristiche fondamentali dei materiali cristallini: distribuzione atomica, cella elementare, reticoli cristallini, simmetria cristallografica; relazioni tra simmetria, orientazione cristallografica, struttura, proprietà ed applicazioni dei materiali cristallini; principali metodi di indagine. Ruolo della cristallografia nello studio dei materiali cristallini in diversi campi applicativi.
Elementi di Simmetria Cristallografica - Operatori di simmetria senza componente traslazionale riconoscibili dalla forma geometrica esterna di un solido cristallino: assi di simmetria propri ed impropri; cenni su gruppi cristallini, sistemi cristallini, associazioni coerenti di operatori di simmetria e gruppi puntuali; cenni su indicizzazione di piani e direzioni cristallografiche.
Esercitazioni pratiche sulla Simmetria Cristallografica – Esercitazione sulla individuazione degli elementi di simmetria in motivi bidimensionali ed in modelli tridimensionali di solidi cristallini; esercitazione sul riconoscimento del gruppo puntuale caratteristico di un solido cristallino a partire dall’individuazione dell’associazione degli elementi di simmetria presenti; esercitazione sull’indicizzazione delle facce di un solido cristallino.
Tecniche sperimentali e proprietà dei materiali cristallini:
Cenni sulla diffrazione dei Raggi X per lo studio dei materiali cristallini: breve descrizione storica sulla scoperta della diffrazione dei raggi X e della natura dei solidi cristallini; cenni sull’impiego della diffrazione dei raggi X per la caratterizzazione dei materiali cristallini.
Microscopia ottica in luce polarizzata per lo studio dei materiali cristallini: il microscopio ottico polarizzante, suo funzionamento ed utilizzo per l’esecuzione di osservazioni in assetto ortoscopico e conoscopico per l’identificazione e la caratterizzazione dei materiali cristallini.
Esperienze di Laboratorio:
1) Laboratorio in Museo sulla relazione tra simmetria, struttura e proprietà dei materiali cristallini.
2) Esperienza pratica in laboratorio di diffrazione da polveri: funzionamento dello strumento, preparazione e montaggio del campione, raccolta dati e loro interpretazione.
3) Esperienze pratiche in laboratorio di microscopia ottica in luce polarizzata

La valutazione, sotto forma di giudizio di idoneità, verrà eseguita sulla base dell’esame orale finale. Durante l’esame orale saranno poste domande sugli argomenti trattati e le attività svolte sia durante le lezioni frontali che nelle esperienze pratiche in aula ed in laboratorio. Le esperienze di laboratorio non prevedono relazioni scritte al loro termine da parte degli studenti. Nella valutazione sarà tenuto conto anche dell’interazione dello studente durante le attività teoriche e pratiche.

1) Putnis A., An Introduction to Mineral Sciences, Cambridge University Press, 1992 (2012 online), 457 p. Online ISBN: 9781139170383, https://doi.org/10.1017/CBO9781139170383 ;
2) Klein C., Mineralogia, Zanichelli, 2004, 632 pp;
3) Nesse W.D., Introduction to optical mineralogy, Oxford University Press, 335 pp.
Dei testi indicati, solo alcuni capitoli per testo. I testi sono disponibili nella biblioteca del Dipartimento di Scienze della Terra e Geoambientali.

Scopo del corso è fornire conoscenze sui diversi tipi di difetti strutturali che caratterizzano la struttura reale dei materiali cristallini, e sulle principali tecniche sperimentali che ne permettono la caratterizzazione. Sarà inoltre evidenziata l’influenza esercitata dalla presenza e distribuzione dei difetti strutturali su proprietà, comportamento ed applicazioni dei materiali cristallini. L’attività didattica comprende lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di: i) conoscere i diversi tipi di difetti strutturali che possono essere presenti nei materiali cristallini, in funzione della loro struttura; ii) riconoscere e prevedere le modifiche subite dal comportamento dei materiali cristallini in base alla presenza nella loro struttura di determinate tipologie di difetti; iii) conoscere l’impiego delle principali tecniche sperimentali per l’identificazione e la caratterizzazione dei difetti strutturali nei materiali cristallini.

• Conoscenza dei diversi tipi di difetti strutturali che possono essere presenti nella struttura reale dei materiali cristallini;
• Capacità di comprensione dell’effetto esercitato dalla presenza e distribuzione dei difetti strutturali su proprietà ed applicazioni dei materiali cristallini;
• Conoscenza delle principali tecniche sperimentali impiegate per la caratterizzazione dei difetti strutturali nei materiali cristallini.
• Capacità di distinguere i diversi tipi di difetti strutturali presenti nei materiali cristallini;
• Capacità di prevedere l’effetto della presenza di un determinato tipo di difetto su proprietà ed applicazioni dei materiali cristallini;
• Capacità di caratterizzare i difetti strutturali presenti nei materiali cristallini mediante le principali tecniche sperimentali.

Descrittore di Dublino 3:

• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di:
• analizzare le osservazioni fatte durante le attività pratiche;
• confrontarsi costruttivamente con i colleghi e il docente.
  Descrittore di Dublino 4:
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di:
• comunicare in forma orale con proprietà di linguaggio gli argomenti trattati durante il corso;
• comunicare in forma orale il procedimento sperimentale per lo studio dei difetti strutturali.
  Descrittore di Dublino 5:
• Capacità di apprendere in modo autonomo:
• capacità di approfondire in modo autonomo le conoscenze acquisite durante le lezioni;
• capacità di creare collegamenti con le conoscenze acquisite in altri corsi.

Struttura reale dei cristalli e difetti strutturali: classificazioni genetica e dimensionale dei difetti; cenni sui difetti puntuali; controllo dei difetti sulle proprietà dei materiali cristallini in relazione alla loro struttura e simmetria cristallografica.
Deformazione plastica e scorrimento nei materiali cristallini: piani difetto, direzioni cristallografiche e sistemi di scorrimento in monocristalli con particolare riferimento a reticoli cubici a facce centrate; fattore di Schmidt e sistemi di scorrimento effettivi: relazione tra vincoli imposti dalla struttura e direzioni cristallografiche di trazione.
Difetti di linea nei cristalli - Dislocazioni: circuito di Burgers e vettore di Burgers, energia delle dislocazioni, dislocazioni unitarie e parziali, orientazione di linea e carattere delle dislocazioni (a spigolo, a vite, miste); dislocation loops; dislocazioni a vite e meccanismo di accrescimento cristallino per spirali.
Difetti planari nei cristalli - Dislocazioni parziali, impacchettamenti compatti e stacking-faults; condizioni energetiche che favoriscono la dissociazione in parziali; stacking-faults isolati e periodici, sequenze di stacking, strutture politipiche e loro caratterizzazione (esempi in strutture a strati). Grain-boundaries, tilt-boundaries, twist-boundaries e loro caratterizzazione (esempi nel Grafene). Cristalli geminati (esempi nel quarzo): elementi di geminazione, twin-boundaries, simmetria di gruppo puntuale e legge di geminazione (esempi in cristalli cubici m3 ̅m); origine della geminazione (esempi nelle Perovskiti); tipi di geminati (esempi in cristalli con diverse simmetrie di gruppo puntuale).
Difetti di volume nei cristalli: inclusioni solide; inclusioni fluide.
Tecniche sperimentali per la caratterizzazione dei difetti strutturali estesi:
i) Topografia per diffrazione di raggi X (XRDT) con sorgente convenzionale e radiazione monocromatica, e con sorgente di luce di sincrotrone e radiazione policromatica (WB-SRS-XRDT);
ii) Microscopia elettronica in trasmissione (TEM); contrasto di diffrazione, contrasto di estinzione e contrasto di orientazione;
iii) Microtermometria per l’analisi delle inclusioni fluide nei cristalli.
Esercitazioni pratiche:
i) esercizi sul calcolo di sistemi di scorrimento effettivi in monocristalli di GaAs;
ii) esercizi sul calcolo di energie di dissociazione in dislocazioni parziali per reticoli cubici a facce centrate;
iii) esercizi sulla caratterizzazione delle dislocazioni applicando l’analisi del contrasto, il criterio di estinzione ed il calcolo cristallografico;
iv) esempi di caratterizzazione di geminati mediante il contrasto di orientazione;
v) esperienza pratica in laboratorio di microtermometria per l’analisi di inclusioni fluide nei materiali cristallini.

La verifica dell’apprendimento verrà eseguita mediante esame orale, con valutazione espressa mediante un giudizio di idoneità. Durante l’esame orale saranno poste domande sugli argomenti trattati sia durante le lezioni frontali che nel corso delle esercitazioni pratiche. Nella valutazione sarà tenuto conto anche dell’interazione dello studente durante le lezioni e dell’impegno dimostrato durante lo svolgimento delle esercitazioni.

1) Putnis A., An Introduction to Mineral Sciences, Cambridge University Press, 1992 (2012 online), 457 p. Online ISBN: 9781139170383, https://doi.org/10.1017/CBO9781139170383 ;
2) Mercier J.P., Zambelli G, Kurz W., Introduction to Materials Science, Chapter 7. Structural defects in crystals, p. 151-173, 2002, Elsevier, DOI:10.1016/B978-2-84299-286-6.50013-5.
Dei libri indicati, solo alcuni capitoli per libro. I testi sono disponibili presso lo studio del docente o in biblioteca del Dipartimento di Scienze della Terra.