FONDAMENTI DI CHIMICA E MATERIALI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- ANDREA BALBO
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Primo semestre (primi anni)
- SSD
- ING-IND/22
Obiettivi formativi
- Il corso è strutturato in due parti:
• I parte, Fondamenti di Chimica, 6 crediti formativi, comune al corso Chimica Applicata e Tecnologia dei Materiali del I anno del Corso di Laurea triennale in Ingegneria Civile ed Ambientale;
• II parte, Introduzione alla Scienza dei Materiali, 3 crediti formativi.
Il corso intende fornire agli studenti del I anno del corso di Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica e del corso di Laurea in Ingegneria Civile ed ambientale le nozioni fondamentali della chimica e della struttura della materia, necessarie alla comprensione e interpretazione delle caratteristiche di diverse classi di materiali.
Per gli studenti del corso di Laurea in Ingegneria Meccanica fornisce inoltre una introduzione alla scienza dei materiali descrivendo le proprietà sia chimiche che meccaniche di alcune classi dei materiali.
Le principali abilità acquisite saranno:
Capacità di risolvere semplici problemi di stechiometria, termodinamica ed elettrochimica.
Capacità di comprendere ed interpretare correttamente i fenomeni chimico-fisici tramite le nozioni apprese durante il corso.
Capacità 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. Prerequisiti
- Nozioni elementari di matematica e calcolo infinitesimale
Contenuti del corso
- Il corso è suddiviso in due parti che prevedono rispettivamente 60 ore (I parte, Fondamenti di Chimica) e 30 ore (II parte, Introduzione alla Scienza dei Materiali) ciascuno per un totale di 90 ore di lezione comprensive di esercitazioni numeriche relative ai contenuti impartiti.
I Parte: Fondamenti di Chimica
Introduzione alla struttura atomica e molecolare (15 ore)
Natura dei processi chimici, materia ed energia; definizioni
Descrizione 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,
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 Parte: Introduzione alla Scienza dei Materiali.
Struttura della materia. (2.5 ore)
Celle unitarie, Impaccamento degli atomi Siti interstiziali Numero di coordinazione. Indici di Miller. Raggi X. Legge di Bragg, Cristalli molecolari, ionici, covalenti, metallici
Difetti nei solidi (5 ore)
Concetto di microstruttura: grani e bordo dei grani. Difetti di punto, difetti di linea, difetti di superficie difetti di volume. Interazione tra difetti e conseguenze sulle proprietà meccaniche. Relazione di Hall petch. Esempi. leghe solidi, amorfi e vetri.
Soluzioni solide (2.5 ore)
Solubilità allo stato solido. Formazione delle soluzioni solide. Tipi di soluzione solida: soluzioni solide sostituzionali e soluzioni solide interstiziali , regole empiriche di Hume-Rothery
Diagrammi di stato (10 ore)
Concetto di fase e componente. Regola delle fasi. Diagramma di stato binario di leghe isomorfe. Diagramma di stato binari di leghe a parziale solubilità allo stato solido: trasformazioni eutettica, peritettica, eutettoidica e peritettoidica.
Introduzione alle proprietà meccaniche (5 ore)
curva stress-strain, modulo di Young, interpretazione del comportamento meccanico dei materiali.
Metodi di rinforzo dei materiali metallici:
rafforzamento per soluzione solida, lavorazione a freddo, riduzione della dimensione dei grani, rafforzamento per precipitazione.
Materiali polimerici (5 ore)
Elementi Di Chimica Organica
Legami e strutture nelle molecole organiche, gruppi funzionali e nomenclatura.
Definizione di polimero, processo di polimerizzazione proprietà meccaniche dei maturali polimerici Metodi didattici
- Il corso è impartito attraverso lezioni frontali in presenza, Il corso è organizzato nel modo seguente:
•lezioni teoriche su tutti gli argomenti del corso
•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.
ESAME IN PRESENZA.
Corso di Laurea In ingegneria Meccanica
L'esame finale consiste in una prova scritta della durata di 3 ore, basata su 9 domande:
3 esercizi, 3 domande di teoria sulla parte di Fondamenti di Chimica e 3 domande di teoria sulla parte di Materiali.
Corso di Laurea In ingegneria civile ed ambientale
L'esame finale consiste in una prova scritta della durata di 3 ore, basata su 6 domande:
3 esercizi, 3 domande di teoria sulla parte di Fondamenti di Chimica.
ESAME TELEMATICO.
Durante i periodi di emergenza COVID la verifica dell’apprendimento consiste in unica prova orale svolta a distanza su piattaforma Google Meet. Ha gli stessi scopi di quella in presenza.
Durante la prova che avrà durata di circa 45 minuti saranno richiesti di svolgere 1-2 esercizi e di rispondere a domande sui contenuti del corso. Testi di riferimento
- Chimica Moderna, D. W. Oxtoby, H.P. Gillis, A. Campion, – EdiSES
Silvestroni Fondamenti di chimica 11ed – CEA Casa Editrice Ambrosiana.
Scienza ed Ingegneria dei Materiali, di William D. Callister David G. Rethwisch – EdiSES
Per eventuali consultazioni:
Principi di Chimica, P. Atkins, L. Jones – ZANICHELLI
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
W. Smith J. hashemi Scienza e tecnologia dei materiali
