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Insegnamento: Cristallografia applicata (Offerta Formativa a.a. 2017/2018)

Corso di studio: SCIENZE E TECNOLOGIE GEOLOGICHE (D.M. 270/04)

CFU6
Moduli

Modulo: cristallografia applicata - I modulo
TAF: Affine/Integrativa; SSD: GEO/06; Ambito: Attività formative affini o integrative
Docenti: Maria Giovanna VEZZALINI

Modulo: cristallografia applicata - II modulo
TAF: Affine/Integrativa; SSD: GEO/06; Ambito: Attività formative affini o integrative
Docenti: Alessandro GUALTIERI

Dolly Accedi ai dati dell'insegnamento su Dolly
Propedeuticità obbligatorie
Modalità di accertamento del profitto Orale
Modalità di valutazione Voto
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Lingua di insegnamento

Italiano

Partizionamento studenti

Nessun partizionamento

Obiettivi

Modulo 1 – responsabile G. Vezzalini

Saper scegliere e applicare la metodologia di diffrazione più adatta per risolvere i problemi di carattere strutturale di un materiale naturale o di sintesi. Saper applicare tale metodologia alla caratterizzazione e alla definizione delle proprietà dei materiali.

Modulo 2 – responsabile A.F. Gualtieri

Il modulo si propone come finalità di introdurre lo studente alla conoscenza approfondita delle tecniche di analisi mineralogiche e del metodo Rietveld per l’analisi strutturale e quantitativa al fine di caratterizzare a livello strutturale e microstrutturale i minerali e le materie prime.
Seguendo le lezioni teoriche e le attività pratiche di laboratorio, alla fine del corso, lo studente dovrebbe essere in grado di: (i) applicare la tecnica Rietveld allo studio dei materiali; (ii) essere in grado di utilizzare il programma di affinamento GSAS e l’interfaccia grafica EXPGUI; (iii) eseguire un raffinamento strutturale da polveri di sistemi di medio-bassa difficoltà; (iiii) eseguire un raffinamento per l’analisi quantitativa di sistemi di medio-alta complessità con eventuale presenza di fase amorfa.

Prerequisiti

Conoscenze di base di cristallografia strutturale e diffrazione dei raggi X.


Contenuti

Modulo 1 – responsabile G. Vezzalini
Richiami di cristallografia strutturale e della teoria della diffrazione dei raggi X. Interpretazione e uso delle tabelle Internazionali di Cristallografia. Fattore di struttura. Reticolo reciproco, sfera di diffrazione di Ewald, sfera limite. Estinzioni sistematiche. Diffusione anomala. Vibrazione termica degli atomi. Funzione densità elettronica. Trasformata di Fourier. Metodi di risoluzione strutturale: Funzione di Patterson; metodi diretti; charge flipping; metodo dell’atomo pesante. Raffinamento strutturale. Descrizione degli strumenti per diffrazione da cristallo singolo.

Modulo 2 – responsabile A.F. Gualtieri
Analisi qualitativa, quantitativa, strutturale e microstrutturale. Sorgenti convenzionali e non convenzionali, geometrie e rivelatori per diffrazione di raggi X da polveri con particolare riferimento alla geometria parafocalizzante. Analisi quantitativa di spettri di diffrazione di polveri. Uso delle banche dati cristallografiche. Il metodo Rietveld per analisi quantitativa e raffinamento strutturale. Il metodo RIR-Rietveld combinato per quantificazione di fasi cristalline amorfo. Il programma GSAS e l''interfaccia grafica EXPGUI. Rassegna del software di analisi mineralogica quantitativa esistente. Esercizi sull''analisi strutturale e quantitativa: il raffinamento strutturale del corindone, del quarzo, dell''olivina, goethite, zeoliti, miscele trifasiche, miscele complesse, miscele contenenti fase amorfa.

Metodi didattici

Lezioni classiche frontali ex cathedra, esercitazioni pratiche assistite in aula e in laboratorio. La modalità di frequenza è obbligatoria.

Verifica dell'apprendimento

Modulo 1 Esame finale individuale orale con votazione in trentesimi costituito da un colloquio su argomenti specifici trattati durante il corso. Modulo 2 Esame finale individuale con votazione in trentesimi, da mediare con il voto del Modulo 1, costituito da una prova pratica di analisi mineralogica (ad es. un raffinamento Rietveld).

Risultati attesi

Conoscenza e capacità di comprensione. Lo studente sarà in grado di: utilizzare la diffrazione a raggi X su cristallo singolo per la risoluzione strutturale; utilizzare la diffrazione a raggi X da polveri per le analisi mineralogiche. Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Lo studente dovrà essere in grado di: utilizzare la diffrazione X per risolvere o raffinare la struttura cristallina di minerali e di applicare i risultati alla comprensione della cristallochimica delle rocce, alla loro genesi e alle deformazioni strutturali indotte da processi geologici. Nel caso di fasi sintetiche per applicazioni industriali lo studente dovrà essere in grado di correlare struttura e proprietà. Lo studente dovrà essere in grado di: utilizzare le tecniche diffrazione X da polveri per l’analisi mineralogica qualitativa, quantitativa, strutturale e microstrutturale; di portare a termine un’analisi mineralogica quantitativa di miscele polifasiche e un’analisi mineralogica strutturale con il metodo Rietveld. Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di approfondire temi relativi alle relazioni struttura-proprietà e di acquisire una capacità di valutazione critica su notizie fornite dai mass-media; identificare obiettivi, ruoli e responsabilità collettive nella gestione delle materie prime e di fasi di sintesi. Abilità comunicativa. Lo studente dovrà essere in grado di divulgare i concetti relativi all’importanza dello studio delle caratteristiche strutturali dei materiali naturali e di sintesi per le loro possibili applicazioni. Presentare in modo logico, conciso e rigoroso obiettivi, concetti, dati e procedure della cristallografia e delle sue applicazioni. Utilizzare strumenti informatici per raccogliere ed elaborare i dati ottenuti. Capacità di apprendimento. Lo studente dovrà essere in grado di approfondire in modo autonomo le tematiche affrontate e applicare il metodo scientifico per la formulazione e verifica di teorie.

Testi

-Dispense preparate dai docenti disponibili in formato elettronico (files PPT).
-Fundamentals of Crystallography. C.Giacovazzo Ed. IUCr Text on Crystallography. 7.Oxford Science Publications.
-R.E. Newnham – Properties of Materials – Oxford University Press
-A. Putnis – Introduction to Mineral Sciences - Cambridge University Press
-H.R Wenk, A. Bulakh – Minerals, their constitution and origin – Cambridge University Press
-R.A. Young – The Rietveld method. Oxford Science Publication.

Docenti

Maria Giovanna VEZZALINI
Alessandro GUALTIERI