CHIMICA APPLICATA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2021/2022
- Docente
- ANDREA BALBO
- Crediti formativi
- 12
- Periodo didattico
- Primo semestre (primi anni)
- SSD
- ING-IND/22
Obiettivi formativi
- Il corso è strutturato in due moduli formativi: Fondamenti di Chimica (I modulo) e Tecnologia dei Materiali (II modulo).
Il corso intende fornire agli studenti del I anno del corso di Laurea Triennale in Ingegneria Civile le nozioni fondamentali della chimica e della struttura della materia, necessarie alla comprensione delle caratteristiche di diverse classi di materiali.
Inoltre sono illustrate le proprietà delle principali classi di materiali d’interesse nel campo dell’ingegneria delle costruzioni (es. cementi, acciai, vetri, legno.) e viene discusso la loro interazione con l’ambiente e la loro durabilità.
Le principali abilità acquisite saranno:
• Capacità di comprendere ed interpretare i fenomeni chimico fisici tramite le nozioni apprese durante il corso.
• Capacita di correlare proprietà e comportamento di un materiale alla sua struttura microscopica.
• Conoscenza delle principali proprietà dei materiali e dei test per valutarne tecnicamente le caratteristiche, in modo da saperle confrontarle in sede di controllo di qualità/acquisto;
• Avere consapevolezza dell'importanza della selezione dei materiali in modo che essi rispondano adeguatamente ai requisiti di progetto;
• Conoscenza dei metodi di produzione e delle principali applicazioni dei materiali per uso civile ed edile e dei fenomeni di degrado che possono inficiare le loro proprietà Prerequisiti
- Nozioni elementari di matematica e calcolo infinitesimale.
Contenuti del corso
- Il corso è suddiviso in due moduli che prevedono 60 ore di didattica frontale ciascuno per un totale di 120 ore di lezione comprensive di lezioni teoriche ed esercitazioni numeriche relative ai contenuti impartiti.
I modulo (60 ore di lezione ): Fondamenti di Chimica
Introduzione alla struttura atomica e molecolare (15 ore)
Natura dei processi chimici, materia ed energia; definizioniDescrizione Della Struttura Atomica E Molecolare. Quantizzazione dell'energia, modello di Bohr, struttura dell'atomo, orbitali atomici, atomi polielettronici, principio di aufbau, regola di Hund, principio di esclusione di Pauli, struttura elettroniche e tavola periodica, elettronegatività e affinità elettronica. Molecole e descrizione dei vari tipi di legami: legami ionici, legami covalenti, legame metallico, legame a idrogeno, interazioni molecolari. Esempi.
Descrizione Degli Stati Della Materia (10 ore)
Stato gassoso. Proprietà e leggi dei gas. Gas ideali e applicazioni, miscele gassose. Gas Reali.
Stato liquido. Formazione delle fase condensate, viscosità e tensione superficiale
Stato solido. Struttura dei solidi, classificazione dei solidi, solidi ionici, solidi metallici, solidi covalenti. Esempi.
Termodinamica (15 ore)
Primo principio. Funzioni di stato, energia interna U, entalpia H, capacita termica. Stati standard. Entalpia delle trasformazioni chimiche, entalpia di reazione, entalpia standard. Secondo principio. Trasformazioni spontanee, processi reversibili e irreversibili. Energia libera di Gibbs: energia libera di reazione, significato chimico-fisico. Esempi
Equilibrio Chimico E Diagrammi Di Stato (15 ore)
Natura dell'equilibrio chimico, costante di equilibrio, principio di Le Chatellier, energia libera di Gibbs ed equilibrio. Equilibri in fase gas, equilibri in soluzione, acidi e basi. Cambiamenti di stato. Trasformazione di fase. Soluzioni. Prodotto di solubilità, Proprietà colligative, Diagrammi di stato, miscele binarie, Diagrammi di stato a componente.
Elettrochimica (5 ore)
Sistemi elettrochimici e soluzioni elettrolitiche. Aspetti termodinamici , equazione di Nernst, potenziale di cella e semicella, potenziali standard. Serie elettrochimica. Celle galvaniche e elettrolitiche e loro aspetti tecnologici con esempi. Celle a combustibile.
II modulo (60 ore di lezione): Tecnologia dei Materiali
Introduzione al corso e Richiami di chimica. Struttura cristallina, struttura amorfa e semicristallina. Le proprietà dei materiali. La densità. Curva sforzo-deformazione. Frattura duttile e frattura fragile. Resilienza. Influenza della temperatura sulle proprietà meccaniche. Prova di compressione. Test di flessione. La durezza. Le proprietà termiche. I materiali ceramici. I ceramici tradizionali: materie prime e metodi di produzione. Leganti aerei e idraulici. Il Gesso e la calce. Il Cemento Portland. Cemento Pozzolanico. Cemento d'altoforno. Cemento alluminoso. Misure di resistenza meccanica di un cemento. Misura dei tempi di inizio presa. Durabilità del cemento. Il calcestruzzo. Gli aggregati. Proprietà del calcestruzzo fresco e indurito. Il vetro. Principali tipi di vetro. Durabilità del vetro. Resistenza agli shock termici. Tempra fisica e chimica. Le vetroceramiche. I materiali polimerici. Polimeri amorfi e semicristallini. Polimerizzazione. Lunghezza e architettura delle catene. Polimeri termoplastici e termoindurenti. Comportamento meccanico a trazione, meccanismi di snervamento. Cristallinità. I materiali metallici. I diagrammi di stato. Soluzioni solide sostituzionali ed interstiziali. Meccanismi di rinforzo. Diagramma Fe-C. Curve TTT per una lega Fe-C di composizione eutettoidica. Acciai: classificazione, Cor-Ten, inossidabili, cenni sulle ghise. La corrosione del ferro in ambiente acquoso. Corrosione di un acciaio nel cemento armato. Prevenzione della corrosione. Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
• lezioni teoriche in aula su tutti gli argomenti con l’ausilio di slide consultabili sul sito del corso: http://www.unife.it/ing/civile/insegnamenti/chimica-applicata-e-tecnologia-dei-materiali/materiale-didattico;
• esercitazioni numeriche su argomenti trattati durante le lezioni teoriche. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi in precedenza indicati.
L’esame è diviso in 2 prove parziali scritte che hanno luogo in date diverse. Il voto finale tiene conto di entrambe le prove. Durante gli esami è consentito soltanto l’uso di macchine calcolatrici e della tavola periodica ; presentarsi muniti di un documento di identità.
¿ Prima prova parziale sui contenuti del modulo Fondamenti di Chimica.
La prima prova parziale consiste in una PROVA SCRITTA che comprende 5 domande (3 domande di teoria e 2 esercizi).
¿ Seconda prova parziale sui contenuti del modulo di Tecnologia dei materiali.
La seconda prova parziale consiste in una PROVA SCRITTA che comprende 5 domande: 1 sulle proprietà dei materiali, 2 sui materiali ceramici (leganti aerei e idraulici, ceramici tradizionali e vetro),2 sui materiali metallici (diagrammi di stato, acciai, corrosione) e polimerici.
¿ Accesso alla seconda prova parziale: si potrà accedere alla seconda prova parziale solamente dopo aver conseguito un punteggio non inferiore a 15/30 nella prima prova parziale.
¿ Validità del punteggio della prima prova parziale: il punteggio della prima prova parziale avrà validità per 3 sessioni d'esame, compresa la sessione in cui la prima prova parziale è stata superata con il punteggio minimo richiesto (almeno 15/30). Testi di riferimento
- I Modulo Fondamenti di Chimica:
Dispense del docente consultabili sul sito del corso: http://www.unife.it/ing/civile/insegnamenti/chimica-applicata-e-tecnologia-dei-materiali/materiale-didattico;
Chimica Moderna, D. W. Oxtoby, H.P. Gillis, A. Campion, – EdiSES
Per eventuali consultazioni:
Principi di Chimica, P. Atkins, L. Jones – ZANICHELLI
Chimica generale, Principi ed applicazioni moderne, Petrucci, Herring, Madura, Bissonnette, Piccin Editore
Chimica generale, Esercizi Svolti, (Petrucci, Herring, Madura, Bissonnette, Piccin) Editore
Chimica generale, Soluzione degli esercizi, Petrucci, Herring, Madura, Bissonnette, Piccin Editore
Chimica. Esercizi e casi Pratici P. D'Arrigo, A. Formulari et alt. EDISES
Stechiometria, R. Breschi, A. Massagli, – ETS Libri
Calcoli Stechiometrici, P.Michelin Lausarot , G. A. Vaglio – PICCIN
II Modulo Tecnologia dei materiali:
Dispense del docente consultabili sul sito del corso: http://www.unife.it/ing/civile/insegnamenti/chimica-applicata-e-tecnologia-dei-materiali/materiale-didattico.
W. D. Callister, D. G. Rethwisch: “Materiali per l’ingegneria civile ed industriale” , Edises, Napoli.
V. A. Rossetti “Il Calcestruzzo, materiali e tecnologia”. Mcgraw-Hill, Milano.
B. Marchese : “Tecnologia dei materiali e chimica applicata”. Liguori Ed. Napoli.
Per eventuali consultazioni:
M. Collepardi: “Scienza e tecnologia del calcestruzzo”. Hoepli, Milano.
P. Pedeferri, L. Bertolini: “La corrosione nel calcestruzzo e negli ambienti naturali”. Mcgraw-Hill. Milano.
Leno Matteoli: Il diagramma di stato ferro-carbonio e le curve TTT. Associazione Italiana di Metallurgia. Milano.
