Chimica | Course catalogue

STRUTTURISTICA CHIMICA DIFFRATTOMETRICA

Obiettivi formativi

Obiettivi del corso 1. Presentare agli studenti i concetti fondamentali della strutturistica chimica e illustrarne l'importanza nello sviluppo della chimica, della biologia strutturale, della chimica farmaceutica e della fisica dei materiali. 2. Favorire lo sviluppo di una solida comprensione dei principi basilari della struttura cristallina, compresi reticoli cristallini, simmetria cristallografica e gruppi spaziali. Illustrare i concetti teorici della diffrazione dei raggi X e dei neutroni e mostrarne l'applicazione pratica nell'analisi strutturale dei materiali cristallini e delle polveri. 3. Integrare le conoscenze acquisite nel corso per affrontare sfide scientifiche e tecnologiche legate alla strutturistica chimica. 4. Stimolare la curiosità e la creatività degli studenti nell'applicare i principi della strutturistica chimica per risolvere problemi complessi e contribuire all'avanzamento della conoscenza nel campo della chimica e delle scienze correlate. Finalità dell'apprendimento Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di: 1. Apprezzare le molteplici applicazioni pratiche della strutturistica chimica nella progettazione di nuovi materiali, nello sviluppo di farmaci e in altri campi correlati. 2. Applicare le conoscenze acquisite per analizzare e interpretare la struttura dei cristalli, sia in termini di disposizione spaziale degli atomi che di simmetria cristallografica. 3. Comprendere e utilizzare le Tabelle Internazionali di Cristallografia. 4. Comprendere i concetti teorici della diffrazione dei raggi X e dei neutroni e la loro applicazione nell'analisi strutturale dei materiali cristallini e delle polveri. 5. Interpretare dati di diffrazione e risolvere semplici problemi cristallografici. 6. Sviluppare capacità di comunicazione efficace nella discussione degli argomenti del corso.

Canale 1

OLGA RUSSINA Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma

STRUTTURISTICA CHIMICA DIFFRATTOMETRICA (A. A. 2022-23) Lo stato cristallino Solidi ionici semplici, con ioni molecolari, molecolari neutri, solidi covalenti, solidi metallici. La simmetria nei cristalli: definizione di elemento e operazione di simmetria; operazioni proprie e improprie. Simmetria puntuale. Il caso dei cinque reticoli piani. Simmetria traslazionale: reticolo di traslazione, cella elementare; i sette sistemi cristallini; reticoli di Bravais; legge di Senone; legge di Bravais; definizione di piano reticolare ed indici di Miller; assi elicogiri e piani glide; l’equazione zonale; simmetria puntuale dei reticoli cristallini: le classi cristalline; gruppi spaziali: unità asimmetrica; rappresentazione dei gruppi spaziali; notazione in uso nelle Tabelle Internazionali di Cristallografia; esempi di alcuni gruppi spaziali comuni nei sistemi di bassa simmetria. La diffrazione dei raggi X da cristallo singolo Tecniche di crescita di monocristalli. Scelta del campione. Uso del microscopio a luce polarizzata. Sorgenti di raggi X convenzionali e non convenzionali: tubi a raggi X, radiazione di sincrotrone. Spettri di emissione dei raggi X. Assorbimento dei raggi X. Tecniche di rivelazione dei raggi X. Il diffrattometro a cristallo singolo e per polveri. Richiami di diffrazione della luce. Teoria dell'interazione dei raggi X con la materia: diffusione (coerente e incoerente) da un elettrone atomico, da un atomo, da una molecola, da un cristallo. Equazioni di Laue. Diffrazione di Bragg. Il reticolo reciproco. Sfera di riflessione di Ewald e sfera limite. L'intensità dell'onda diffratta. Intensità integrata e sua misura. La legge di Friedel. La diffusione anomala. Funzioni periodiche e serie di Fourier in forma complessa e trigonometrica; Il fattore di struttura. Il fattore di temperatura. Estinzione primaria e secondaria dei raggi X. La sintesi di Fourier e il problema della fase. Il reticolo reciproco come conseguenza della sviluppabilità in serie di Fourier delle funzioni del punto del reticolo cristallino; sintesi di Fourier della densità elettronica di un cristallo: osservata, calcolata e differenza. Effetto della simmetria sull’intensità di diffrazione: assenze sistematiche e determinazione del gruppo spaziale. Determinazione della configurazione assoluta. Principali metodi di risoluzione delle strutture cristalline. La funzione di Patterson: vettori interatomici, funzione di Patterson in forma complessa e trigonometrica, simmetria della funzione di Patterson, deduzione di coordinate atomiche dai massimi della funzione di Patterson, metodo dell’atomo pesante. SIR e MIR. metodi diretti. Affinamento delle strutture cristalline: il metodo dei minimi quadrati. Constraints e restraints. Indice di disaccordo. Schema di pesaggio.Accuratezza dei parametri strutturali ottenuti con diffrazione dei raggi X; effetto del moto termico sulle distanze di legame. Tecnica X-X. Esempi di applicazioni della diffrazione X alla determinazione della struttura di composti inorganici, organici ed organometallici. La diffrazione dei raggi X da polveri Il metodo delle polveri: generalità, applicazioni e limiti. Il diffrattometro per polveri. Fattori che influenzano la forma dei picchi di diffrazione. Metodo di Rietveld. La diffrazione di neutroni da polveri e da cristallo singolo Proprietà dei neutroni. Sorgenti e rivelatori di neutroni. Caratteristiche e principali applicazioni della diffrazione di neutroni. Tecnica X-N. Studio della distribuzione della densità elettronica. Ingegneria cristallina Definizione di ingegneria cristallina attraverso l’uso delle interazioni intermolecolari. Concetto di sintone; strutture condizionate dalla formazione di legami di idrogeno e di alogeno. Guida all’uso della banca dati CSD

Prerequisiti

Conoscenza dei fondamenti del corso di Fisica II (Elettromagnetismo, Onde, Ottica)

Testi di riferimento

Testi di base consigliati e disponibili in biblioteca: C. Hammond:”The Basics of Crystallography and Diffraction” 3rd ed. (2009). C. Giacovazzo (Ed.):"Fundamentals of Crystallography". IUCr OUP 2nd ed. (2002). Dispense e articoli forniti da docenti.

Frequenza

non obbligatoria

Modalità di esame

Al fine del corso è prevista una prova orale

Modalità di erogazione

il corso si compone di 48 ore di lezioni frontali

MARIA CHIARA DI GREGORIO Scheda docente