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1.1) Epoche (culture) materiali materiali hardware informazione software ciclo virtuoso dei materiali Fisica dei Materiali I nuovi materiali sviluppo.

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2 1.1) Epoche (culture) materiali materiali hardware informazione software ciclo virtuoso dei materiali Fisica dei Materiali I nuovi materiali sviluppo economico incremento qualità vita, & demografico progresso culturale innovazione FMI /

3 FMI / Sviluppo delle tecnologie: - dallantichità: alterazione materiali naturali (lavorazione meccanica, fusione, cottura, concia, etc.); proprietà funzioni - scienza moderna: rivoluzione industriale, chimica, meccanica quantistica; struttura proprietà performance/funzioni 1.2) Scienza vs. Ingegneria dei Materiali scienza valore economico V.A. costi (produzione, smaltimento) ingegneria performance proprietà struttura processing

4 Proprietà Meccaniche & tribologiche Elettriche & magnetiche Termiche Ottiche Chimiche & nucleari Performance/funzione Valore = performance *durata/obsolescenza (usura/innovazione) cristallina amorfa nanostrutturata cluster Struttura atomica/ molecolare elettronica mono-, policristallina mono-, polifasica composita nanometricamesoscopica metalli & leghe ceramici & vetri semiconduttori polimeri & organici integrati compositi biomateriali FMI /

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7 Crommie 1995

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10 STRUTTURA ATOMICA & LEGAME INTERATOMICO Atomo: m p m n 1.67 · kgm e = 9.11 · kg Nucleo = A nucleoni = Z protoni + N neutroni : A = Z + N Elementi chimici: El Z proprietà chimiche Isotopi di El: stesso Z, diversi N A El con N Z Masse: M ( A El) A · amu dove amu 1 / 12 M ( 12 C) Unità: 1 amu 1g / (numero dAvogadro = · ) 1 mole = · atomi (molecole) 1 amu/atomo (molecola) 1 g/mole FMI /

11 FMI / Gli elettroni (elementi di meccanica quantistica): onda particella relazioni lunghezza donda quantità di moto p = mv p = h / (de Broglie) frequenza energia E = mv 2 /2 E = h (Planck) velocità v = velocità v = dE/dp E = hv/ = vp h = 6.63 · J s = costante di Planck Latomo di idrogeno e gli altri atomi: se questo è il percorso dellonda, essa deve raccordarsi su se stessa: r e-e- p+p+ 2 r = n = nh/mv n = intero (modello di Bohr) ogni oggetto microscopico = corpuscolo + onda

12 eguaglia lattrazione coulombiana alla forza centripeta: e 2 /(4 0 r 2 ) = mv 2 /rr n = n 2 h 2 0 /( me 2 ) = n 2 a 0 a 0 h 2 0 /( me 2 ) raggio di Bohr (calcolare) E n = - e 2 /(8 0 r n ) = - Ry /n 2 n intero! Ry me 4 /(8 0 2 h 2 ) costante di Rydberg (calcolare) momento angolare secondo Bohr: L = mvr = mv·nh/(2 mv) Livelli energetici discreti (spiegano gli spettri atomici!): come? ma in 3 dimensioni? eq. di Schrödinger: per ogni n si hanno n 2 stati in tutto (provare) FMI /

13 Spin Lelettrone ha anche un momento angolare intrinseco, detto di spin, con due soli valori della componente z, su o giù: (numero quantico s = 1 / 2 ) Perciò ln-esimo livello contienen = 1 2 stati shell K 2n 2 stati diversi, e costituisce una shelln = 2 8 stati shell L n = 318 stati shell M n = 432 stati shell N... I valori di l denotano le sotto-shell:l = 0 2 stati sottoshell s l = 1 6 stati sottoshell p l = 210 stati sottoshell d l = 3 14 stati sottoshell f... Notazione delle sotto-shell (n,l): 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, … etc.

14 Questi numeri magici spiegano la Tavola di Mendeleev … He:2 Ne:2 + 8 = 10 Ar: = 18 Kr: = 36 Xe: = 54 Rn: = 86 … con le regole di riempimento seguenti: 1)un solo elettrone su ogni stato (n, l, m l, ½): principio di esclusione di Pauli 2)secondo la sequenza 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p...: effetto centrifugo 3)S tot max, L tot max, J tot min (s-shell semivuota) o max (s-shell semipiena) : regole di Hund S tot = S 1 + S 2 + S 3 +… L tot = L 1 + L 2 + L 3 +… J tot = S tot + L tot Z


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