D1, CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Conoscere le basi della simmetria dello stato cristallino e del fenomeno della diffrazione dei raggi X. Comprendere i principali metodi di determinazione strutturale basati sulle tecniche di diffrazione da cristallo singolo e da polveri.
D2, CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Acquisire la capacità di raccogliere ed analizzare gli spettri di diffrazione da cristallo singolo. Analizzare i dati di diffrazione da raggi-X per ottenere informazioni sulla struttura molecolare e cristallina del solido.
D3, AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Acquisire i concetti e gli strumenti necessari per comprendere il fenomeno della diffrazione e per descrivere autonomamente la struttura cristallina.
D4, ABILITA' COMUNICATIVE: Sfruttare i software di grafica molecolare utilizzati durante le lezioni e le esercitazioni di laboratorio per evidenziare le caratteristiche principali della struttura cristallina.
D5, CAPACITA' DI APPRENDERE: Leggere e comprendere in un articolo scientifico i passaggi sperimentali che portano alla determinazione della struttura cristallina mediante la tecnica della diffrazione da raggi-X.

Concetti base di chimica generale, fisica e matematica.

Importanza delle tecniche di diffrazione. Forze di coesione nei solidi. Relazione struttura e proprietà.
Morfologia dei cristalli. Indici di Miller.
Struttura cristallina. Reticolo cristallino. Simmetria nei cristalli. Famiglie cristalline, sistemi cristallini, reticoli di Bravais, gruppi spaziali. Le Tavole Internazionali per la Cristallografia. Coordinate frazionarie.
Strutture cristalline ad impaccamento compatto. Grafica molecolare.
I raggi X. Sorgenti. Monocromatori e specchi. Detector. Diffrattometri.
Teoria della diffrazione. Scattering e interferenza di onde elettromagnetiche.
Condizione di riflessione. Legge di Bragg. Reticolo reale e reticolo reciproco. Sfera di Ewald. Simmetria nella diffrazione. Legge di Friedel.
Metodi di Raccolta Dati. Riduzione dei dati di diffrazione.
Il problema della fase. La funzione Patterson e metodo dell'atomo pesante. Metodi Diretti. Dispersione anomala.
Affinamento strutturale. Qualità dell'affinamento.
Il corso prevede anche alcune esperienze sperimentali.

Galli, Moret, Roversi Cristallografia, la visione a raggi X Zaccaria Editore (2014)

Importanza delle tecniche di diffrazione. I Cristalli: Cosa sono i cristalli. Stato solido amorfo e cristallino. Ordine a lungo ed a corto raggio. Forze di coesione nei solidi: Cristalli covalenti, ionici, metallici e molecolari. Relazione struttura e proprietà.
Morfologia dei cristalli. Indici di Miller. Forme cristalline. Isomorfismo e polimorfismo. Legge di Hauy degli indici razionali.
Struttura cristallina. Cella elementare e parametri di cella. Reticolo cristallino, nodi reticolari e piani cristallografici. Famiglie di piani. Simmetria nei cristalli. Elemento di simmetria ed operazione di simmetria. Punti, assi e piani. Congruenza diretta ed inversa. Operazioni compatibili con molecole chirali: Traslazione, rotazione e roto-traslazione. Operazioni incompatibili con molecole chirali: Inversione, roto-inversione, roto-inversione-traslazione. Assi compatibili con il reticolo cristallino: assi di ordine 1, 2, 3, 4, 6. Assi di roto-traslazione compatibili con il reticolo cristallino. Roto-inversioni e roto-inversioni con traslazione compatibili con il reticolo cristallino. Vincoli imposti ai parametri di cella dagli elementi di simmetria. Le 6 famiglie cristalline e i 7 sistemi cristallini. Simmetria e reticoli centrati. I 14 reticoli di Bravais. Le 32 classi cristalline (gruppi puntuali cristallografici). Le 11 Classi di simmetria Laue. I 230 gruppi spaziali. Le Tavole Internazionali per la Cristallografia. Posizioni generali equivalenti. Coordinate frazionarie.
Strutture cristalline ad impaccamento compatto. Il solido ionico NaCl ed i metalli oro e zinco. Calcolo della densità da dati di diffrazione. Grafica molecolare, visualizzazione della struttura ed analisi della simmetria. Esempi di strutture e simmetrie cristalline del quarzo e del saccarosio. Le forme allotropiche del carbonio (diamante e grafite), dello stagno (forma alfa e beta) e dello zolfo (S8 ortorombico e monoclino).
Onde elettromagnetiche. I raggi X duri e molli. Sorgenti di raggi-X: Tubi di raggi-X chiusi; Anodo Rotante; Sincrotrone. Radiazione di Sincrotrone. Vantaggi della luce di sincrotrone: intensità (brillanza); divergenza; luce bianca; lunghezza d’onda variabile. Schema di un sincrotrone. Spettro di emissione. Insertion Devices: Wiggler. Front-end di linee di luce. Monocromatori e specchi. Detector IP, CCD e detector basati su CMOS. Diffrattometri.
Teoria della diffrazione. Onde nel diagramma di Argand. Scattering della luce. Interferenza di onde elettromagnetiche. Somma di onde nel diagramma di Argand. Interferenza costruttiva e distruttiva.
Condizione di riflessione. Legge di Bragg. Reticolo reale e reticolo reciproco. Sfera di Ewald. Assenze sistematiche. Simmetria nella diffrazione. Legge di Friedel.
Montaggio dei cristalli. Metodi di Raccolta Dati: Metodo Laue e Metodo del Cristallo Rotante. Ottimizzazione delle variabili sperimentali. Riduzione dei dati di diffrazione.
Il problema della fase, importanza della fase nelle mappe di densità elettronica. I principali metodi di risoluzione del problema della fase. La funzione Patterson e metodo dell'atomo pesante. Metodi Diretti.
La dispersione anomala. Dalle coppie di Friedel alle coppie di Bijvoet. Limite di risoluzione e qualità delle mappe di densità elettronica. Costruzione del modello e interpretazione delle mappe.
Affinamento strutturale. Qualità dell'affinamento. Indice di disaccordo R.
Il corso prevede anche una parte sperimentale di montaggio dei cristalli, raccolta dati e risoluzione di una semplice struttura organica e di un complesso metallico.

Tradizionali lezioni frontali con presentazione di slide. Pagine di ipertesto con modelli di strutture cristalline. Esercitazioni con risoluzione di una semplice struttura organica e di un complesso di coordinazione.
I docenti forniscono tutto il materiale utilizzato durante il corso sulla piattaforma Moodle di ateneo.

I docenti forniscono tutto il materiale utilizzato durante il corso sulla piattaforma Moodle di ateneo.

L'esame si svolge con una prova orale su almeno tre domande riguardanti argomenti trattati nel corso. Il voto viene espresso in trentesimi. Durante la prova lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito i concetti fondamentali della diffrazione nonché la capacità di collegare tra loro i vari argomenti trattati nel corso. Lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di esporre con chiarezza le conoscenze acquisite. Il punteggio della prova d’esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi sulla base dei seguenti criteri: -Eccellente (30-30 e lode): ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, ottima capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare brillantemente le conoscenze teoriche a casi concreti. -Molto buono (27-29): buona conoscenza degli argomenti, notevole proprietà di linguaggio, buona capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare correttamente le conoscenze teoriche a casi concreti. -Buono (24-26): buona conoscenza dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio; lo/la studente/essa mostra una adeguata capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti. -Soddisfacente (21-23): lo/la studente/essa non mostra piena padronanza degli argomenti principali dell'insegnamento, pur possedendone le conoscenze fondamentali; mostra comunque soddisfacente proprietà di linguaggio e sufficiente capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti. -Sufficiente (18-20): minima conoscenza degli argomenti principali dell'insegnamento e del linguaggio tecnico, limitata capacità di applicare in modo adeguato le conoscenze teoriche a casi concreti. -Insufficiente (minore di 18): lo/la studente/essa non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti dei diversi argomenti del programma. Eventuali cambiamenti alle modalità qui descritte, che si rendessero necessari per garantire l'applicazione dei protocolli di sicurezza legati a eventuali situazioni emergenziali, saranno comunicati nel sito web di Dipartimento, del Corso di Studio e dell'insegnamento.

Nel corso non verranno trattati argomenti relativi agli Obiettivi dell'Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.