Chimica Dei Solidi Con Laboratorio 2017/2018

Reticoli cristallini: Reticoli di Bravais. Vettori primitivi. Celle primitive unitarie, convenzionali e di Wigner Seitz. Reticoli con base. Classificazione dei reticoli di Bravais. Reticoli: cs, bcc, fcc, hcp Strutture di rilievo: diamante, grafite, NaCl, CsCl, CaF2, ZnS, Perovskiti, ossidi misti (spinelli).

Il reticolo reciproco

Definizione dei vettori di base. Piani reticolari e vettori di reticolo reciproco. Indici di Miller.

Determinazione delle strutture dei cristalli mediante la diffrazione dei raggi X

Formule di Bragg e di Von Laue. Equivalenza tra le due formule. La sfera di Ewald. Intensità di diffrazione da un reticolo con base. Riflessioni sistematicamente assenti. La trasformata di Fourier. Effetto della temperatura sulla diffrazione (cenni). Metodo di Laue, del cristallo rotante e delle polveri (cenni).

Coesione: Coesione dei cristalli di gas nobili. Coesione dei cristalli ionici: costante di Madelung; ciclo di Born Haber. Gli alogenuri alcalini. Limiti di stabilità per le strutture di: NaCl, CsCl e ZnS.

Meccanica Statistica (Scienza dei Materiali): Ensemble Canonico, Ensemble Microcanonico. Funzione di partizione e valori di aspettazione. Statistiche di Bose-Einstein e Fermi-Dirac. Applicazioni: Spettro di emissione di corpo nero; Gas di elettroni liberi.

Proprietà termiche dei solidi: Richiami di meccanica statistica: Ensemble canonico e microcanonico. Solido di Einstein. Calore specifico reticolare. Contributo elettronico al calore specifico. Espansione termica. Compressibilità. Relazione tra Cp e Cv. Costante di Grüneisen.

Difetti nei solidi. Difetti di punto e difetti elettronici. Descrizione dei difetti di punto in termini di elementi di struttura e di "building units". Potenziale chimico dei difetti. Difetti di Frenkel e di Schottky. Equilibri tra difetti e reazioni gas-solido. Ossidi semiconduttori: diagrammi PO2-composizione. Struttura e proprietà dell’elettrolita Zr1-xCaxO2-x.

Processi di Trasporto in fase solida. I e II legge di Fick. Coefficiente di diffusione e sua interpretazione statistica. Fattore di correlazione. Diffusione del tracciante. Metodo di Einstein per la determinazione dell’equazione della diffusione. Il "random walk". Soluzione dell' equazione di diffusione con sorgente localizzata (funzione delta). Diffusione semi-infinita: diffusione di una specie da fase gassosa. Equazioni di trasporto generalizzate. Mobilità. Equazione di Nernst-Einstein. Coefficiente di diffusione di Fick. Coefficiente di diffusione chimico. Numero di trasporto ionico ed elettronico. Sensori elettrochimici a stato solido (per O2) e misura del numero di trasporto ionico.

Ossidazione dei metalli. Termodinamica dei sistemi metallo-ossigeno. Il diagramma di Ellingham. Determinazione sperimentale del DG0 di reazione. Cinetica di formazione di strati sottili di ossido. Teoria dell' ossidazione secondo Wagner. Effetto della polarizzazione (dovuta ad un campo elettrico “esterno”) sulla cinetica di ossidazione. Verifiche sperimentali ed applicazioni.

Testi consigliati

N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, Solid State Physics HRW Intern. Editions

R.J. Borg, G.J. Dienes: “The physical Chemistry of solids” Academic Press

H. Ibach , H. Lüth “Solid State Physics: an introduction to principles of materials science”, Springer

M. Tomellini “Appunti di Chimica Fisica dello Stato Solido “ Aracne Editrice