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Solidi difettivi e superfici (Vecchio Ordinamento D.M. 509)

Oggetto:

Anno accademico 2009/2010

Codice attività didattica
S8268
Docenti
(Titolare del corso)
Anna Maria Ferrari (Titolare del corso)
(Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale in Metodologie chimiche avanzate
Anno
2° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Fare in modo che lo studente utilizzi in maniera attiva le conoscenze, nuove e già acquisite, per approfondire dal punto di vista teorico e sperimentale il legame tra proprietà e struttura di solidi difettivi e delle superfici.
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Risultati dell'apprendimento attesi

-ripasso del linguaggio e dei fondamenti della meccanica quantistica, della termodinamica e della chimica fisica dello stato solido
-studio teorico e sperimentale dell’influenza di difetti e impurezze sulle proprietà dei solidi
-studio teorico delle proprietà delle superfici, con particolare attenzione ai fenomeni di catalisi eterogenea
-confronto tra tecniche di indagine sperimentali e approccio modellistico
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Programma

Pre requisiti (in ingresso): buone basi di fisica e chimica fisica (struttura atomica, legame chimico, chimica quantistica, termodinamica e termochimica, elementi basilari di cristallografia, conoscenza di tecniche spettroscopiche di indagine…)

Competenze minime (in uscita): capacità di correlare le caratteristiche strutturali, elettroniche e difettive dei materiali solidi con le loro proprietà.

 Ripasso dei concetti di massa efficace e di hole, funzione densità degli stati per elettroni di banda: distinzione tra metalli, isolanti e semiconduttori. Struttura a bande e superfici a energia costante per semiconduttori reali. Semiconduttori omogenei: intrinseci, per impurezza, teoria elementare delle impurezze. Ionizzazione termica completa e incompleta delle impurezze e individuazione delle regioni di temperatura ideali per il funzionamento di dispositivi a semiconduttore. Effetto Hall. Giunzioni p-n: teoria, applicazioni. Assorbimenti caratteristici dei semiconduttori: dovuti a transizioni fondamentali e da livello impurezza.

Difetti reticolari termodinamici intrinseci: difetti di Schottky e di Frenkel, numero di difetti di Schottky in equilibrio ad una certa temperatura. Evidenze sperimentali. Conducibilità ionica: energie di attivazione per la migrazione e conducibilità in solidi con difetti di Schottky e di Frenkel. Caratteristiche di un buon conduttore ionico. Esempi di elettroliti solidi: AgIRb, ZrCaO, Na-beta-allumina e loro applicazioni, cenni all'uso di ZrCaO come sonda di O2 nelle marmitte catalitiche e di Na-beta-Al2O3 come elettrolita solido in batterie Na-S.

Difetti di stechiometria: calcolo della p necessaria per avere una certa deviazione dalla stechiometricità per un dato disordine intrinseco. Range di esistenza delle fasi non stechiometriche: deviazioni piccole e grandi dalla stechiometria, ordinamento di difetti con o senza segregazione di nuove fasi, esempi.

Proprietà termodinamiche delle superfici. Interazione molecole-superfici: modelli teorici per la fisisorzione e la chemisorzione. La catalisi eterogenea. Cenni sulle tecniche sperimentali di analisi delle superfici.

Utilizzo del programma di simulazione quanto-meccanica ab-initio CRYSTAL per la modellizzazione delle superfici di solidi cristallini (www.crystal.unito.it), per lo studio delle proprietà di superfici di ossidi, per lo studio di processi di fisisorzione sulla superficie, per lo studio di processi di chemisorzione.

Illustrazione dell’oggetto della esercitazione pratica riguardante lo studio mediante spettroscopia IR della interazione con CO su un catalizzatore metallico supportato su ossidi  non stechiometrici. Eventuali spettri di riflettanza Nir-UV-Vis e analisi immagini HRTEM dei  materiali oggetto della esercitazione.

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Testi consigliati e bibliografia

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Per il modulo Prof. Chiorino: diapositive delle lezioni in formato pdf scaricabili dal sito e, per approfondimenti, A. R. West, Solid state chemistry and its applications (Biblioteca Chimica Ponzio) e N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Solid state physics (Biblioteca Chimica Ponzio).
Per il modulo Dott. Ferrari: appunti forniti dalla docente, testo di “Chimica Fisica, un approfondimento molecolare” di D.A. McQuarrie e J.D. Simon; manuale del programma CRYSTAL e tutorial del programma CRYSTAL


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Note

l'esame prevede una relazione scritta sulle esperienze di laboratorio e interrogazione orale sul programma delle lezioni frontali
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Moduli didattici

Registrazione
  • Chiusa
    Apertura registrazione
    01/03/2020 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    31/12/2022 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 06/09/2009 11:34
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