Syllabus del corso
Obiettivi
Familiarizzare lo studente con la struttura, il legame chimico e le proprietà dei solidi inorganici e caratteristiche di ioni di metalli di transizione.
Conoscenze e capacità di comprensione
Il corso ha l'obiettivo di creare uno spirito critico, volto all'esame e alla comprensione dei processi tipici della chimica inorganica, grazie al quale lo studente utilizza con dimestichezza concetti e strumenti interpretativi.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente maneggia con dimestichezza concetti relativi ai principi fondamenti di termodinamica e cinetica applicate alle reazioni inorganiche, alla chimica dei metalli di transizione e all'uso della teoria del campo cristallino e della teoria del campo dei leganti, nonchè la rilevanza applicativa dei solidi inorganici in processi industriali, ambientali, energetici.
Contenuti sintetici
Legame nei solidi inorganici. Elettronegatività degli elementi come base per la formazione del legame nei solidi. Legame ionico. Solidi ionici (struttura, energia reticolare, ciclo di Born-Haber, carattere covalente nei solidi ionici). Teoria del campo cristallino, teoria del campo dei leganti.
Sintesi e proprietà di alcune classi di solidi inorganici. Sintesi a stato solido, sintesi sol-gel, sintesi idrotermale, sintesi CVD. Proprietà periodiche e reattività di ossidi e materiali inorganici. Silicati, silice, materiali per intercalazione, zeoliti, ossidi per catalisi.
Le lezioni introduttive alle esercitazioni di laboratorio affronteranno i seguenti argomenti:
- importanza dello studio dello stato solido cristallino in chimica
- introduzione al programma Mercury (visualizzazione di molecole, contenuto della cella unitaria, struttura cristallina)
- le
simmetrie puntuali
- le simmetrie spaziali bidimensionali e cenni per il caso tridimensionale
- cenni alla diffrazione di raggi X: l'equazione di Bragg e l'analisi qualitativa di fasi cristalline inorganiche
- richiami sulle forze intermolecolari con particolare enfasi sul legame di idrogeno
Programma esteso
Legame nei solidi inorganici. Elettronegatività degli elementi come base per la formazione del legame nei solidi. Legame ionico. Solidi ionici (struttura, energia reticolare, ciclo di Born-Haber, carattere covalente nei solidi ionici). Teoria del campo cristallino, teoria del campo dei leganti.
Sintesi e proprietà di alcune classi di solidi inorganici. Sintesi a stato solido, sintesi sol-gel, sintesi idrotermale, sintesi CVD. Proprietà periodiche e reattività di ossidi e materiali inorganici. Silicati, silice, materiali per intercalazione, zeoliti, ossidi per catalisi.
Le lezioni introduttive alle esercitazioni di laboratorio affronteranno i seguenti argomenti:
- importanza dello studio dello stato solido cristallino in chimica
- definizione di cristallo e cella elementare; contenuto atomico della cella unitaria e stechiometria nei solidi cristallini
- coordinate cristallografiche frazionarie
- introduzione al programma Mercury per la visualizzazione di molecole, contenuto di cella, impaccamento con esempi su semplici sistemi molecolari
- le simmetrie puntuali: algoritmo per la classificazione delle molecole in base alla simmetria puntuale
- esercitazioni sulla simmetria puntuale di semplici molecole organiche e inorganiche
- le simmetrie spaziali bidimensionali; riconoscimento e interpretazione di disegni periodici bidimensionali
- le simmetrie spaziali tridimensionali; cenni agli elementi di simmetria tridimensionali
- cenni alla diffrazione di raggi X: l'equazione di Bragg
- l'analisi qualitativa di fasi cristalline inorganiche mediante la diffrazione da polveri microcristalline; sua importanza nell'industria chimica e nei settori affini
- richiami sulle forze intermolecolari con particolare enfasi sul legame di idrogeno
- analisi delle geometrie intramolecolari e delle interazioni intermolecolari (legami a idrogeno) di semplici solidi inorganici
Prerequisiti
Conoscenze fondamentali di chimica generale e inorganica
Modalità didattica
Le esercitazioni di laboratorio si svolgeranno presso un laboratorio informatico mediante l'utilizzo di personal computer e di programmi scelti appositamente per il livello introduttivo del corso.
Durante l'emergenza COVID-19, le lezioni e le esercitazioni di
laboratorio verranno registrate e rese disponibili in modo asincrono sul
sito elearning. Periodicamente si terranno incontri con gli studenti
in teleconferenza per discutere gli argomenti trattati nel corso di
laboratorio e migliorare l'efficacia didattica.
Materiale didattico
Appunti alle lezioni disponibili nel sito elearning del corso
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame Orale. Verifica delle conoscenze di base sui solidi
inorganici (struttura e proprietà) e di ioni di metalli di transizione (teoria
del campo cristallino). La prova orale e' tesa ad approfondire il livello delle conoscenze, la autonomia di analisi e giudizio, nonche' le capacita' espositive dell’allievo. La valutazione delle prove tiene conto della efficacia dei ragionamenti svolti, della completezza ed esattezza delle risposte, nonché' della chiarezza nella presentazione. Il criterio di valutazione è basato non tanto sulle nozioni apprese dallo studente, quanto sulla sua capacità di ragionare ed estendere le conoscenze acquisite a semplici questi di chimica di base.
L'esame del modulo di laboratorio consiste nella presentazione di una relazione scritta avente come argomento la descrizione della struttura cristallina (dal punto di vista chimico e non matematico) di un semplice composto di coordinazione. Per la stesura della relazione verrà fornita agli studenti una traccia e un formato comune. La relazione sarà individuale e andrà consegnata in forma cartacea entro un termine ultimo stabilito dal docente. La relazione verrà valutata in trentesimi e peserà per circa il 50% nel voto complessivo.
E' possibile sostenere l'esame anche in ingua inglese.
Nel periodo di emergenza Covid-19, gli esami orali verranno svolti
unicamente utilizzando la piattaforma telematica WebEx. Nella pagina
e-learning dell'insegnamento verrà riportato un link pubblico per
l'accesso all'esame orale.
Orario di ricevimento
sempre previo appuntamento
Aims
Familiarize the student
with structure, chemical bonding and properties of inorganic solids and nature
of transition metal ions.
Contents
Bonding in inorganic solids. Electronegativity and chemical bonding in solids. Ionic bonding. Ionic solids (structure, lattice energy, Born-Haber cycle, covalent character in ionic solids). Crystal field theory and ligand field theory. Synthesis and properties of a few classes of inorganic materials. Solid state synthesis, sol-gel synthesis, hydrothermal synthesis, CVD synthesis. Periodic properties and reactivity of oxides and inorganic materials. Silicates, silica, intercalation materials, zeolites, oxides for catalysis.
Lectures in the laboratory will deal with the following topics:
- relevance of the study of the crystalline solid state in modern chemistry
- introduction to Mercury CSD software 8visualization of molecules, elementary cell content, crystal structure)
- point symmetry
- bidimensional space symmetry and basics of tridimensional space symmetry
- short introduction to X-ray diffraction: Bragg equation and qualitative analysis of inorganic crystalline solids
- reminder on intermolecular forces with emphasis on the hydrogen bond
Detailed program
Bonding in inorganic solids. Electronegativity and chemical bonding in solids. Ionic bonding. Ionic solids (structure, lattice energy, Born-Haber cycle, covalent character in ionic solids). Crystal field theory and ligand field theory. Synthesis and properties of a few classes of inorganic materials. Solid state synthesis, sol-gel synthesis, hydrothermal synthesis, CVD synthesis. Periodic properties and reactivity of oxides and inorganic materials. Silicates, silica, intercalation materials, zeolites, oxides for catalysis.
Lectures in the laboratory will deal with the following topics:
- relevance of the study of the crystalline solid state in modern chemistry
- definition of crystal, unit cell, atomic cell content and evaluation of stoichiometry in crystalline solids
- crystallographic fractional coordinates
- Mercury CSD software; visualization of molecules, cell content, crystal packing with applications to simple molecular systems
- point symmetry: algorithm for classifying molecules in terms of point symmetry
- examples of point symmetries with simple organic and inorganic molecules
- bidimensional spaceal symmetry; interpretation
of bidimensional periodic drawings (wallpaper)
- tridimensional space symmetry; basics of tridimensional elements of symmetry
- short introduction to X-ray diffraction: Bragg equation
- qualitative analysis of inorganic crystalline compounds by means of X-ray diffraction of microcrystalline powders; relevance in the chemical industry
- reminder on intermolecular forces with emphasis on the hydrogen bond
- analysis of intramolecular geometries and intermolecular interactions (hydrogen bond) of simple inorganic solids
Prerequisites
Basic knowldedge of general and inorganic chemistry
Teaching form
Laboratory sessions will be performed with computer sessions using free software suitable for the introductory level of the course.
During the COVID-19 emergency, lectures and laboratory classes will
be recorded, and available on the elearning platform in
asynchronous mode. Weekly meetings will be planned for live discussions with students to support the learning process of the laboratory topics.
At
the end of the emergency, standard lessons will be resumed and the
usual teaching material will be available on the elearning
platform.
Textbook and teaching resource
Lecture notes available in the elearning platform
Semester
Second semester
Assessment method
Oral Exam. Basic knowledge of inorganic solids (structure and properties) and transition metal ions (crystal field theory).
The exam for the laboratory consists of a written report developing the description of the crystal structure (from the chemical point of view, not from the mathematical one) of a simple coordination compound. For the preparation of the report, formatting guidelines will be provided to be followed. The report is individual and must be delivered in paper before the deadline provided by the teacher. The report will be evaluated in thirtieths and will weight as 50% of the final mark.
It is
possible to take the exam in English.
During the Covid-19 emergency period, oral exams will be online using
the WebEx platform. On the e-learning page of the course a public link
will be available for access during the examination.
Office hours
any time by appointment
Staff
-
Massimo Moret
-
Gianfranco Pacchioni