Corso di studi in Chimica

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

Anno accademico 2010/2011

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Note
• Moduli didattici
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

Risultati dell'apprendimento attesi

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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Note

Moduli didattici

• Superfici

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