Corso di laurea magistrale in Chimica dell'Ambiente

Conoscenza della chimica generale ed inorganica
Conoscenza della chimca fisica

Lavoro di tesi

Gli obiettivi formativi del corso prevedono l’acquisizione da parte degli studenti dei concetti teorici e pratici che sono alla base delle tecniche sperimentali per la caratterizzazione strutturale e superficiale di materiali di interesse nel campo ambientale. Gli studenti acquisiranno le competenze per poter analizzare sistemi complessi, come materiali cristallini e amorfi, porosi e non, sfruttando l’indagine chimico-fisica e avranno i mezzi per individuare le tecniche sperimentali più appropriate a tale scopo. La realizzazione di una presentazione che sviluppi alcune delle esercitazioni condotte in laboratorio rappresenterà un momento formativo in cui lo studente dovrà organizzare ed elaborare criticamente i dati sperimentali.

Prova orale.

Gli studenti sono tenuti a preparare una presentazione powerpoint di 10 minuti a testa su un argomento a scelta tra quelli approfonditi in laboratorio, raggruppandosi in gruppi di 3-4 persone. Si tratta quindi di una presentazione complessiva di 30-40 minuti, a seconda della numerosità del gruppo in cui vengono in parte approfonditi gli aspetti teorici della tecnica ed in parte riportati/analizzati/discussi i dati sperimentali ottenuti in laboratorio. Si raccomanda il rispetto dei tempi, che verrà considerato nella valutazione finale.

Si consiglia agli studenti di contattare il docente di riferimento per la tecnica durante la preparazione della presentazione.

I 3 docenti prendono quindi spunto dalla presentazione per segnalare imprecisioni, incorrettezze e verificare/approfondire concetti e nozioni discussi.  E' comunque richiesta la conoscenza di tutto il materiale spiegato a lezioni, in quanto i docenti fanno poi domande su uno qualcunque degli  argomenti non toccati dalla presentazione.

Le domande sono principalmente mirate a verificare la comprensione delle basi teoriche e dell'applicabilità  delle tecniche. Per quel che riguarda l'applicabilità (vantaggi, svantaggi, limiti e potenzialità) le domande poste all'esame hanno un approccio prevalentemente pragmatico; si mira cioè a far riflettere gli studenti su quali siano le tecniche più utili a seconda del problema analitico da risolvere e del materiale (es. caratterizzazione di una superficie su cui siano presenti inquinanti, determinazione della composizione elementale  o formula chimica, stato di ossidazione, fasi cristalline, ecc.). Tale conoscenza si basa ovviamente su una comprensione delle basi chimico-fisiche delle diverse tecniche.

Si specifica che i 3 docenti sono ugualmente competenti su tutto il programma, anche quello svolto a lezione da uno dei due colleghi, e possono fare quindi domande su qualcunque argomento nel programma.

Introduzione alle tecniche di indagine strutturale e di superficie. Possibili sonde: radiazione elettromagnetica, elettroni, molecole.  Interazione radiazione –materia ed elettroni-materia.
TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE CHE SFRUTTANO I RAGGI X. Come vengono prodotti i raggi X: tubi a raggi X e luce di sincrotrone. La diffrazione di raggi X. Concetti di struttura dei materiali: reticolo cristallino e piani reticolari. Le equazioni di Laue e la legge di Bragg. Tecniche di diffrazione. Informazioni contenute in un pattern di diffrazione.
Il SAXS: scattering di raggi X a bassi angoli.
La spettroscopia di assorbimento di raggi X. EXAFS (struttura locale
intorno a un atomo assorbitore) e XANES (stato di ossidazione e
coordinazione). La spettroscopia foto-elettronica a raggi X (XPS): sensibilità allo stato di ossidazione e ai leganti chimici. La fluorescenza a raggi X (XRF)
TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE CHE SFRUTTANO GLI ELETTRONI
COME SONDE. La microscopia elettronica a scansione (SEM). La microscopia elettronica in trasmissione (TEM) e ad alta risoluzione (HRTEM).
La spettroscopia a perdita di energia (EELS). L’analisi elementare mediante spettroscopia a dispersione di energia (EDS). La spettroscopia elettonica Auger (AES)
TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE CHE SFRUTTANO LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA NEL CAMPO DELL’UV-VIS E DELL’IR. La spettroscopia UV-Vis in assorbimento ed emissione. Tecniche di Riflettanza. La riflettanza speculare, la riflettanza diffusa (DR) e la funzione di Kubelka-Munk, la riflettanza totale attenuata (ATR). La spettroscopia IR in trasformata di Fourier e l’adsorbimento di molecole sonda.
TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE CHE SFRUTTANO LE MOLECOLE COME
SONDE. Tecniche volumetriche per la determinazione di area superficiale e
porosità dei materiali.
ESERCITAZIONI
1) analisi di diffrattogrammi da polveri;
2) utilizzo del SEM per osservazione di campioni di interesse per la catalisi ambientale e su particolato di origine atmosferica
3) analisi di misure volumetriche, determinazione di area superficiale e
distribuzione dei pori
4) esercitazione di spettroscopia IR. Spettri di gas, liquidi e solidi, in
trasmissione e ATR.
5) Esercitazione di spettroscopia UV-Vis: misure di liquidi in trasmissione
e di polveri in riflettanza diffusa

Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito internet. Gli studenti possono chiedere direttamente al docente per eventuali approfondimenti.

Frequenza facoltativa per la parte teorica, obbligatoria per le parti di laboratorio.