Laboratorio di Chimica dei Materiali Inorganici

Anno accademico 2012/2013

Obiettivi formativi del corso

Conoscenze: Il corso fornisce allo studente l'opportunità di affrontare diverse esperienze pratiche con l'approccio del ricercatore e quindi non più quello, seppur molto utile, della replicazione di un risultato sperimentale.

Il corso evidenzia l'importanza dell'osservazione del fenomeno rispetto alla replicazione del fenomeno.

Si vuole insegnare come stabilire la metodologia e la procedura di esecuzione di un esperimento.

Vengono spiegate le basi chimiche di fenomeni importanti della chimica inorganica, e di come sfruttare le proprietà di sostanze e materiali per la costruzione di "device" funzionanti.

Capacità di comprensione: viene data molta importanza all'approccio sperimentale e a come sfruttare le proprietà di singole sostanze e materiali sia per confermare ciò che si è studiato durante il percorso di studio e in aula, sia per utilizzarne le proprietà a scopi pratici.

Risultati dell'apprendimento

Lo studente impara ad affrontare l'attività di laboratorio con l'approccio del ricercatore, cioè dell'osservare i fenomeni delle esperienze e di giustificarli in base alle conoscenze già possedute o acquisite durante le spiegazioni in aula. Inoltre, osserva come sia possibile unire le proprietà di materiali molto diversi tra loro per creare proprietà nuove che non siano la semplice "somma" delle signole proprietà.

La verifica dell'apprendimento si effettua con la correzione del quaderno di laboratorio insieme allo studente e con la discussione di una tesina che tratta di aspetti recenti della ricerca sui materiali inorganici.

Programma

1) I polimeri inorganici. Basi di chimica del processo sol gel; i precursori: alcossidi metallici, preparazione e proprietà chimico fisiche. Le reazioni di idrolisi e condensazione. Gli alcogel. Influenza dei parametri di reazione sulla formazione di gel inorganici a base di silicio. Effetti elettronici e sterici dei sostituenti, effetto del solvente, effetto della concentrazione, effetto del rapporto acqua precursore, effetto del catalizzatore, effetto del metodo di essicamento. Proprietà dei gel, xerogel e aerogel e utilizzo tecnologico.

2) I materiali ibridi organici-inorganici. Classificazione dei materiali ibridi con esempi. Tecniche di preparazione dei precursori, materiali ibridi a base di silicio ottenuti per via sol gel, caratterizzazione chimico fisica dei materiali ibridi.

3) La preparazione di ossidi misti per processo sol-gel. Inconvenienti del metodo, esempi applicativi.

4) La condensazione non idrolitica. Meccanismi di reazione, esempi di applicazione.

5) Celle fotovoltaiche sensibilizzate con coloranti (DSSC).

6) Nanoparticelle di metalli e di ossidi metallici. Preparazione e proprietà.

Parte di laboratorio

1) preparazione di xerogel silicei in condizioni di reazione differenti. Correlazione tra proprietà macroscopiche e struttura dei materiali ottenuti.

2) a) preparazione di materiali ibridi organici-inorganici contenenti ammine

     b) utilizzo dei materiali preparati come assorbenti per ioni metallici.

3) preparazione di film di ossidi misti via sol-gel.

4) preparazione di xerogel fluorescenti mediante intrappolamento fisico di molecole organiche

5) esercitazioni pratiche di spettroscopia FT-IR: acquisizione di spettri mediante tecniche in trasmissione (pastiglia KBr, nujol, soluzione), HATR (cristallo ZnSe e diamante), microspettrofotometria.

6) preparazione di nanoparticelle di oro, argento ed altri materiali e loro stabilizzazione con polimeri solubili in acqua.

7) preparazione di nanoparticelle di magnetite ferrofluide

8) Costruzione di una cella fotovoltaica sensibilizzata con coloranti

a) Preparazione di vetri conduttori ad ossido di stagno

b) Preparazione di biossido di titanio nanocristallino in fase anatasio

c) Costruzione della cella e misura della differenza di potenziale in luce solare e artificiale

9) Preparazione di film sottili elettrocromici a base di cianometallati di Ferro

10) Preparazione di uno strato monomolecolare idrofobico

Testi consigliati e bibliografia

John Wright and Nico Sommerdijk; Sol-Gel Materials: Chemistry and Applications. Taylor and Francis